Päikesepaneelide tüübid: disainilahenduste võrdlev ülevaade ja näpunäited paneelide valimiseks

Alternatiivenergia areneb Euroopas maksimumini, näidates oma lubadust tulemustega.Ilmub uut tüüpi päikesepaneele ja nende efektiivsus suureneb.

Kui soovite tagada tööstushoone või eluruumide toimimise päikeseenergiat kasutades, peate esmalt tutvuma seadmete erinevustega ja mõistma, millised päikesepaneelid sobivad teatud piirkonna kliimatingimustega.

Aitame teil selle probleemi lahendada. Artiklis käsitletakse fotoelektriliste muundurite tööpõhimõtet ja antakse ülevaade erinevat tüüpi päikesepatareidest, tuues ära nende omadused, eelised ja puudused. Pärast materjaliga tutvumist saate teha õige valiku tõhusa päikesesüsteemi korraldamiseks.

Päikesepaneelide tööpõhimõte

Valdav enamus päikesepaneelidest on füüsilises mõttes fotogalvaanilised muundurid. Elektrit genereeriv efekt ilmneb pooljuhtide p-n-siirde kohas.

Päikesepaneelide maksumuse aluseks on räniplaadid, kuid neid ööpäevaringse elektrienergia allikana kasutades peate lisaks ostma kalleid akusid.

Paneel koosneb kahest erinevate omadustega räniplaadist. Valguse mõjul tekib ühel neist elektronide puudus ja teisel - nende liig.Igal plaadil on vasest juhtribad, mis on ühendatud pingemuunduritega.

Tööstuslik päikesepaneel koosneb mitmest lamineeritud fotogalvaanilisest elemendist, mis on omavahel ühendatud ja paigaldatud painduvale või jäigale aluspinnale.

Seadmete efektiivsus sõltub suuresti räni puhtusest ja selle kristallide orientatsioonist. Just neid parameetreid on insenerid viimastel aastakümnetel püüdnud parandada. Selle peamiseks probleemiks on räni puhastamise ja kristallide ühes suunas paigutamise aluseks olevate protsesside kõrge hind kogu paneeli ulatuses.

Igal aastal muutub erinevate päikesepaneelide maksimaalne efektiivsus ülespoole, kuna uute fotogalvaaniliste materjalide uurimisse investeeritakse miljardeid dollareid (+)

Fotoelektriliste muundurite pooljuhte saab valmistada mitte ainult ränist, vaid ka muudest materjalidest - aku tööpõhimõte see ei muutu.

Fotoelektriliste muundurite tüübid

Tööstuslikud päikesepaneelid klassifitseeritakse nende disainiomaduste ja töötava fotogalvaanilise kihi tüübi järgi.

Sõltuvalt seadme tüübist on olemas järgmist tüüpi patareisid:

• painduvad paneelid;
• jäigad moodulid.

Painduvad õhukese kilega paneelid hõivavad turul järk-järgult üha suurema niši tänu oma paigalduse mitmekülgsusele, kuna neid saab paigaldada enamikule erineva arhitektuurilise vormiga pindadele.

Päikesepaneelide tegelikud omadused on tavaliselt madalamad kui juhistes näidatud. Seetõttu on enne nende kodus paigaldamist soovitatav sarnast valminud projekti ise näha.

Töötava fotogalvaanilise kihi tüübi järgi jagunevad päikesepatareid järgmisteks tüüpideks:

1. Räni: monokristalliline, polükristalliline, amorfne.
2. Telluur-kaadmium.
3. Indium-vask-galliumseleniidi baasil.
4. Polümeer.
5. Orgaaniline.
6. Põhineb galliumarseniidil.
7. Kombineeritud ja mitmekihiline.

Tavatarbijat ei huvita mitte kõik päikesepaneelide tüübid, vaid ainult kaks esimest kristallilist alamtüüpi.

Kuigi mõned muud tüüpi paneelid on kõrge efektiivsusega, ei kasutata neid nende kõrge hinna tõttu laialdaselt.

Ränist fotogalvaanilised elemendid on kuumuse suhtes üsna tundlikud. Elektritootmise mõõtmise baastemperatuur on 25°C. Kui see tõuseb ühe kraadi võrra, väheneb paneelide efektiivsus 0,45-0,5%.

Järgmisena käsitletakse üksikasjalikult päikesepaneele, mis pakuvad tarbijate suurimat huvi.

Ränipõhiste paneelide omadused

Päikesepatareide jaoks mõeldud räni valmistatakse kvartspulbrist - jahvatatud kvartskristallidest. Kõige rikkalikumad toorainevarud asuvad Lääne-Siberis ja Kesk-Uuralites, seega on selle päikeseenergia valdkonna väljavaated peaaegu piiramatud.

Isegi praegu hõivavad kristalsed ja amorfsed ränipaneelid juba üle 80% turust. Seetõttu tasub neid üksikasjalikumalt kaaluda.

Monokristallilised ränipaneelid

Kaasaegsetel monokristallilistel ränivahvlitel (mono-Si) on kogu pinna ulatuses ühtlane tumesinine värvus. Nende tootmiseks kasutatakse puhtaimat räni. Monokristallilised päikesepatareid on kõigi räniplaatide seas kõrgeima hinnaga, kuid tagavad ka parima efektiivsuse.

Suured monokristallilised pöörlevate mehhanismidega päikesepaneelid sobivad suurepäraselt kõrbemaastikule. Maksimaalse tootlikkuse saavutamiseks on olemas tingimused

Kõrge tootmiskulu on tingitud kõigi ränikristallide ühes suunas orienteerimise raskusest. Tänu nendele töökihi füüsikalistele omadustele on maksimaalne efektiivsus tagatud ainult siis, kui päikesekiired on plaadi pinnaga risti.

Monokristallilised akud nõuavad lisavarustust, mis neid päeva jooksul automaatselt pöörab, et paneelide tasapind oleks päikesekiirtega võimalikult risti.

Silindrilisest metallplokist lõigatakse ühepoolsete kristallidega räni kihid, nii et valmis fotogalvaanilised plokid näevad välja nagu nurkadest ümardatud ruut.

Monokristalliliste räni akude eelised on järgmised:

1. Kõrge efektiivsusega väärtusega 17-25%.
2. Kompaktsus - väiksem seadmete pindala võimsusühiku kohta võrreldes polükristalliliste ränipaneelidega.
3. Vastupidavus — elektritootmise piisav efektiivsus on tagatud kuni 25 aastaks.

Sellistel akudel on ainult kaks puudust:

1. Kõrge hind ja pikaajaline tasuvus.
2. Tundlikkus reostuse suhtes. Tolm hajutab valgust, mistõttu sellega kaetud päikesepaneelide kasutegur langeb järsult.

Otsese päikesevalguse vajaduse tõttu monokristalliline paigaldatakse päikesepaneelid peamiselt avatud aladel või kõrgustes. Mida lähemal on piirkond ekvaatorile ja mida rohkem on päikesepaistelisi päevi, seda eelistatavam on seda tüüpi fotogalvaaniliste elementide paigaldamine.

Polükristallilised päikesepatareid

Polükristallilised ränipaneelid (multi-Si) on sinist värvi, mis on kristallide mitmekesise orientatsiooni tõttu ebaühtlase intensiivsusega. Nende valmistamisel kasutatud räni puhtus on pisut madalam kui monokristallilistel analoogidel.

Mitmesuunalised kristallid tagavad hajutatud valguses kõrge efektiivsuse - 12-18%.See on madalam kui ühesuunalistel kristallidel, kuid pilvistes ilmastikutingimustes on sellised paneelid tõhusamad.

Materjali heterogeensus toob kaasa ka räni tootmise kulude vähenemise. Polükristalliliste päikesepaneelide puhastatud metall valatakse ilma eriliste nippideta vormidesse.

Tootmises kasutatakse kristallide moodustamiseks spetsiaalseid tehnikaid, kuid nende suunda ei kontrollita. Pärast jahutamist lõigatakse räni kihtideks ja töödeldakse spetsiaalse algoritmi järgi.

Polükristallilised paneelid ei vaja pidevat päikese poole orienteerumist, seetõttu kasutatakse nende paigutamiseks aktiivselt majade ja tööstushoonete katuseid.

Päevasel ajal heledate pilvede korral amorfsest ränist päikesepaneelide eelised silma ei hakka, nende eelised tulevad ilmsiks alles tihedate pilvede all või varjus (+)

Mitmesuunaliste kristallidega päikesepatareide eelised on järgmised:

1. Kõrge efektiivsusega hajutatud valguse tingimustes.
2. Püsipaigalduse võimalus hoonete katustel.
3. Madalam kulu võrreldes monokristalliliste paneelidega.
4. Operatsiooni kestus — efektiivsuse langus pärast 20 aastat töötamist on vaid 15-20%.

Polükristallilistel paneelidel on ka puudusi:

1. Vähendatud efektiivsus väärtusega 12-18%.
2. Suhteline mahukus — võimsusühiku kohta on vaja rohkem paigaldusruumi võrreldes monokristalliliste analoogidega.

Polükristallilised päikesepaneelid võidavad teiste ränipatareide seas järjest suuremat turuosa. Selle tagavad laialdased võimalused nende tootmiskulude vähendamiseks.Ka selliste paneelide efektiivsus suureneb igal aastal, jõudes masstoodangu puhul kiiresti 20%-ni.

Amorfse räni päikesepaneelid

Amorfsest ränist päikesepaneelide tootmise mehhanism erineb põhimõtteliselt kristalsete fotogalvaaniliste elementide tootmisest. Siin ei kasutata mitte puhast mittemetalli, vaid selle hüdriidi, mille kuumad aurud sadestuvad aluspinnale.

Selle tehnoloogia tulemusena ei moodustu klassikalisi kristalle ja tootmiskulud vähenevad järsult.

Sadestatud amorfse räni päikesepatareid saab paigaldada kas painduvale polümeersubstraadile või jäigale klaaslehele

Hetkel on olemas juba kolm põlvkonda amorfseid ränipaneele, millest igaüks suurendab oluliselt efektiivsust. Kui esimeste fotogalvaaniliste moodulite kasutegur oli 4-5%, siis nüüd müüakse turul laialdaselt teise põlvkonna mudeleid efektiivsusega 8-9%.

Viimaste amorfsete paneelide kasutegur on kuni 12% ja hakkab juba müügile ilmuma, kuid need on siiski üsna kallid.

Tänu selle tootmistehnoloogia iseärasustele on võimalik luua ränikiht nii jäigale kui painduvale aluspinnale. Seetõttu kasutatakse paindlikes õhukese kilega päikesemoodulites aktiivselt amorfset ränimooduleid. Kuid elastse aluspinnaga variandid on palju kallimad.

Amorfse räni füüsikalis-keemiline struktuur võimaldab nõrga hajutatud valguse footonite maksimaalset neeldumist elektri tootmiseks. Seetõttu on selliseid paneele mugav kasutada põhjapoolsetes piirkondades, kus on suured vabad alad.

Amorfsel ränil põhinevate patareide efektiivsus ei vähene isegi kõrgetel temperatuuridel, kuigi need on selle parameetri poolest madalamad kui galliumarseniidi paneelid.

Sama seadmete maksumuse juures näitavad ränihüdriidist päikesepaneelid paremat jõudlust kui nende mono- ja polükristallilised analoogid (+)

Kokkuvõtteks võime välja tuua järgmised amorfsete päikesepaneelide eelised:

1. Mitmekülgsus — võimalus toota painduvaid ja õhukesi paneele, monteerides patareisid mis tahes arhitektuurilisele vormile.
2. Kõrge efektiivsusega hajutatud valguses.
3. Stabiilne töö kõrgetel temperatuuridel.
4. Disaini lihtsus ja usaldusväärsus. Sellised paneelid praktiliselt ei purune.
5. Jõudluse säilitamine rasketes tingimustes — tolmuse pinna korral väheneb jõudlus võrreldes kristalsete analoogidega

Selliste fotogalvaaniliste elementide kasutusiga alates teisest põlvkonnast on 20-25 aastat võimsuse langusega 15-20%. Amorfsete ränipaneelide ainsad puudused on vajadus suuremate alade järele, et mahutada vajaliku võimsusega seadmeid.

Ränivabade seadmete ülevaade

Mõned päikesepaneelid, mis on valmistatud haruldastest ja kallitest metallidest, on efektiivsusega üle 30%. Need on mitu korda kallimad kui nende räni kolleegid, kuid hõivavad oma eripärade tõttu siiski kõrgtehnoloogilise kaubandusniši.

Haruldased metallist päikesepaneelid

Haruldasest metallist päikesepaneele on mitut tüüpi ja mitte kõik neist pole monokristallilised ränimoodulid tõhusamad.

Võimalus töötada ekstreemsetes tingimustes võimaldab aga selliste päikesepaneelide tootjatel toota konkurentsivõimelisi tooteid ja viia läbi täiendavaid uuringuid.

Kaadmiumtelluriidpaneele kasutatakse aktiivselt hoonete katmiseks ekvatoriaal- ja Araabia riikides, kus nende pind soojeneb päeva jooksul 70-80 kraadini.

Peamised fotogalvaaniliste elementide valmistamiseks kasutatavad sulamid on kaadmiumtelluriid (CdTe), vask-galliumseleniid (CIGS) ja vask-indiumseleniid (CIS).

Kaadmium on mürgine metall ning indium, gallium ja telluur on üsna haruldased ja kallid, mistõttu nende baasil päikesepaneelide masstootmine on isegi teoreetiliselt võimatu.

Selliste paneelide efektiivsus on 25-35%, kuigi erandjuhtudel võib see ulatuda kuni 40%. Kui varem kasutati neid peamiselt kosmosetööstuses, siis nüüd on tekkinud uus paljulubav suund.

Tänu haruldastest metallidest fotoelementide stabiilsele tööle temperatuuril 130-150°C kasutatakse neid päikesesoojuselektrijaamades. Sellisel juhul on kümnete või sadade peeglite päikesekiired koondunud väikesele paneelile, mis toodab samaaegselt elektrit ja tagab soojusenergia ülekande vee soojusvahetisse.

Vee soojendamise tulemusena tekib aur, mis paneb turbiini pöörlema ​​ja toodab elektrit. Nii muundatakse päikeseenergia üheaegselt kahel viisil maksimaalse efektiivsusega elektrienergiaks.

Polümeerid ja orgaanilised analoogid

Orgaanilistel ja polümeersetel ühenditel põhinevaid fotogalvaanilisi mooduleid hakati välja töötama alles viimasel kümnendil, kuid teadlased on juba teinud märkimisväärseid edusamme.Euroopa ettevõte näitab suurimat edu Heliatek, mis on varustanud juba mitu kõrghoonet orgaaniliste päikesepaneelidega.

Selle rullkile struktuuri paksus on HeliaFilm on ainult 1 mm.

Polümeerpaneelide valmistamisel kasutatakse selliseid aineid nagu süsinikfulereenid, vaskftalotsüaniin, polüfenüleen jt. Selliste fotogalvaaniliste elementide kasutegur ulatub juba 14-15%ni ja tootmiskulud on mitu korda väiksemad kui kristalsetel päikesepaneelidel.

Orgaanilise töökihi lagunemisaja küsimus on terav. Siiani pole pärast mitmeaastast töötamist võimalik usaldusväärselt kinnitada selle tõhususe taset.

Orgaaniliste päikesepaneelide eelised on järgmised:

• keskkonnaohutu kõrvaldamise võimalus;
• madalad tootmiskulud;
• paindlik disain.

Selliste fotogalvaaniliste elementide puudusteks on suhteliselt madal efektiivsus ja usaldusväärse teabe puudumine paneelide stabiilse tööperioodide kohta. Võimalik, et 5-10 aasta pärast kaovad kõik orgaaniliste päikesepatareide puudused ja neist saavad räniplaatidele tõsised konkurendid.

Millist päikesepaneeli valida?

Maamajade päikesepaneelide valik laiuskraadil 45-60° ei ole keeruline. Siin on ainult kaks võimalust, mida tasub kaaluda: polükristallilised ja monokristallilised ränipaneelid.

Ruumipuuduse korral on parem eelistada tõhusamaid ühepoolse kristalli orientatsiooniga mudeleid, piiramatu ala olemasolul on soovitatav osta polükristallilised akud.

Päikesepaneelide turu arengu osas ei tasu loota analüütiliste ettevõtete prognoosidele, sest nende parimad näited ei pruugi olla veel välja mõeldud

Parem on valida konkreetne tootja, vajalik võimsus ja lisaseadmed selliste seadmete müügi ja paigaldamisega tegelevate ettevõtete juhtide osalusel. Peaksite teadma, et suurimate tootjate fotogalvaaniliste moodulite kvaliteet ja hind erinevad vähe.

Arvestada tuleb sellega, et võtmed kätte seadmete komplekti tellides on päikesepaneelide endi maksumus vaid 30-40% kogusummast. Selliste projektide tasuvusaeg on 5-10 aastat ja see sõltub energiatarbimise tasemest ja võimalusest müüa üleliigne elekter linna võrku.

Mõned käsitöölised eelistavad päikesepaneele oma kätega kokku panna. Meie veebisaidil on artiklid selliste paneelide tootmistehnoloogia, nende ühendamise ja päikeseküttesüsteemide paigutuse üksikasjaliku kirjeldusega.

Soovitame lugeda:

1. Kuidas oma kätega päikesepatarei teha: iseseisev kokkupanek
2. Päikeseküttesüsteemid: päikesesüsteemidel põhinevate küttetehnoloogiate analüüs
3. Päikesepaneelide ühendusskeem: kontrolleriga, akuga ja hooldatud süsteemidega

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Esitletavad videod näitavad erinevate päikesepaneelide tööd reaalsetes tingimustes. Need aitavad teil mõista ka seotud seadmete valimise küsimusi.

Päikesepaneelide ja nendega seotud seadmete valimise reeglid:

Päikesepaneelide tüübid:

Monokristalliliste ja polükristalliliste paneelide testimine:

Elanikkonna ja väikeste tööstusrajatiste jaoks ei ole praegu kristallilistele ränipaneelidele reaalset alternatiivi.Kuid uut tüüpi päikesepaneelide arengutempo lubab loota, et päikeseenergiast saab peagi paljudes maamajades peamine elektrienergia allikas.

Kutsume kõiki päikesepaneelide valiku ja kasutamise teemast huvitatud inimesi kommenteerima, esitama küsimusi ja osalema aruteludes. Kontaktvorm asub alumises plokis.