Aurinkopaneelityypit: vertaileva katsaus malleihin ja vinkkejä paneelien valintaan

Vaihtoehtoinen energia kehittyy Euroopassa maksimissaan ja näyttää lupauksensa tuloksin.Uudentyyppisiä aurinkopaneeleja ilmaantuu ja niiden tehokkuus kasvaa.

Jos haluat varmistaa teollisuusrakennuksen tai asuintilan toiminnan aurinkoenergialla, sinun on ensin opittava laitteiden väliset erot ja ymmärrettävä, mitkä aurinkopaneelit sopivat tietyn alueen ilmasto-olosuhteisiin.

Autamme sinua ratkaisemaan tämän ongelman. Artikkeli käsittelee valosähköisten muuntimien toimintaperiaatetta ja antaa yleiskatsauksen erityyppisistä aurinkokennoista ja kertoo niiden ominaisuudet, edut ja haitat. Tutustuttuasi materiaaliin pystyt tekemään oikean valinnan tehokkaan aurinkokunnan järjestämiseksi.

Aurinkopaneelien toimintaperiaate

Suurin osa aurinkopaneeleista on fyysisessä mielessä aurinkosähkömuuntajia. Sähköä tuottava vaikutus tapahtuu puolijohteen p-n-liitoksen kohdassa.

Piikiekot muodostavat aurinkopaneelien kustannusten perustan, mutta käytettäessä niitä ympärivuorokautisena sähkönlähteenä joudut lisäksi ostamaan kalliita akkuja

Paneeli koostuu kahdesta piikiekosta, joilla on erilaiset ominaisuudet. Valon vaikutuksen alaisena yksi niistä kehittää elektronien puutetta ja toinen - niiden ylimäärä.Jokaisessa levyssä on kuparijohdinnauhat, jotka on kytketty jännitteenmuuntimiin.

Teollinen aurinkopaneeli koostuu useista laminoiduista aurinkokennoista, jotka on liitetty yhteen ja asennettu joustavalle tai jäykkään alustalle.

Laitteen tehokkuus riippuu suurelta osin piin puhtaudesta ja sen kiteiden orientaatiosta. Juuri näitä parametreja insinöörit ovat yrittäneet parantaa viime vuosikymmeninä. Suurin ongelma tässä on piin puhdistuksen taustalla olevien prosessien korkea hinta ja kiteiden järjestäminen yhteen suuntaan koko paneelissa.

Joka vuosi eri aurinkopaneelien maksimihyötysuhde muuttuu ylöspäin, koska uusien aurinkosähkömateriaalien tutkimukseen investoidaan miljardeja dollareita (+)

Valosähköisten muuntimien puolijohteita voidaan valmistaa paitsi piistä myös muista materiaaleista - akun toimintaperiaate se ei muutu.

Valosähköisten muuntimien tyypit

Teollisuuden aurinkopaneelit luokitellaan niiden suunnitteluominaisuuksien ja toimivan aurinkosähkökerroksen tyypin mukaan.

Laitteen tyypin mukaan on olemassa seuraavan tyyppisiä paristoja:

• joustavat paneelit;
• jäykät moduulit.

Joustavat ohutkalvopaneelit ottavat vähitellen yhä suuremman markkinaraon asennuksen monipuolisuuden vuoksi, koska ne voidaan asentaa useimmille pinnoille erilaisilla arkkitehtonisilla muodoilla.

Aurinkopaneelien todelliset ominaisuudet ovat yleensä heikommat kuin ohjeissa ilmoitettu. Siksi ennen niiden asentamista kotona on suositeltavaa nähdä samanlainen valmis projekti itse.

Toimivan aurinkosähkökerroksen tyypin perusteella aurinkoparistot jaetaan seuraaviin tyyppeihin:

1. Pii: yksikiteinen, monikiteinen, amorfinen.
2. Telluuri-kadmium.
3. Perustuu indium-kupari-gallium-selenidiin.
4. Polymeeri.
5. Luomu.
6. Perustuu galliumarsenidiin.
7. Yhdistetty ja monikerroksinen.

Kaikki aurinkopaneelityypit eivät kiinnosta yleistä kuluttajaa, vaan vain kaksi ensimmäistä kiteistä alatyyppiä.

Vaikka joillakin muilla paneeleilla on korkea hyötysuhde, niitä ei käytetä laajalti niiden korkeiden kustannusten vuoksi.

Pii-aurinkosähkökennot ovat melko herkkiä lämmölle. Tehontuotannon mittauksen peruslämpötila on 25°C. Kun se kasvaa yhdellä asteella, paneelien hyötysuhde laskee 0,45-0,5 %.

Seuraavaksi käsitellään yksityiskohtaisesti aurinkopaneeleja, jotka ovat kuluttajien eniten kiinnostavia.

Piipohjaisten paneelien ominaisuudet

Aurinkokennojen pii on valmistettu kvartsijauheesta - jauhetuista kvartsikiteistä. Rikkaimmat raaka-aineesiintymät ovat Länsi-Siperiassa ja Keski-Uralissa, joten tämän aurinkoenergia-alueen näkymät ovat lähes rajattomat.

Vielä nykyäänkin kiteiset ja amorfiset piipaneelit kattavat jo yli 80 % markkinoista. Siksi niitä kannattaa harkita tarkemmin.

Monokiteiset piilevyt

Nykyaikaisilla yksikiteisillä piikiekoilla (mono-Si) on tasainen tummansininen väri koko pinnalla. Niiden valmistukseen käytetään puhtainta piitä. Yksikiteisillä aurinkokennoilla on kaikista piikiekoista korkein hinta, mutta ne tarjoavat myös parhaan hyötysuhteen.

Suuret yksikiteiset aurinkopaneelit pyörivillä mekanismeilla sopivat täydellisesti aavikkomaisemiin. On olemassa edellytykset maksimaaliselle tuottavuudelle

Korkeat tuotantokustannukset johtuvat siitä, että kaikkia piikiteitä on vaikea suunnata samaan suuntaan. Näistä työkerroksen fysikaalisista ominaisuuksista johtuen maksimaalinen tehokkuus varmistetaan vain, kun auringonsäteet ovat kohtisuorassa levyn pintaan nähden.

Yksikiteiset akut vaativat lisälaitteita, jotka pyörittävät niitä automaattisesti päivän aikana siten, että paneelien taso on mahdollisimman kohtisuorassa auringonsäteitä vastaan.

Yksipuolisia kiteitä sisältävät piikerrokset leikataan lieriömäisestä metallilohkosta, joten valmiit aurinkosähkölohkot näyttävät kulmista pyöristetyltä neliöltä.

Yksikiteisten piiakkujen etuja ovat:

1. Korkea hyötysuhde arvolla 17-25 %.
2. Kompakti - pienempi laiteala tehoyksikköä kohti verrattuna monikiteisiin piipaneeleihin.
3. Kestävyys — sähköntuotannon riittävä hyötysuhde varmistetaan jopa 25 vuodeksi.

Tällaisilla akuilla on vain kaksi haittaa:

1. Korkea hinta ja pitkän aikavälin takaisinmaksu.
2. Herkkyys saasteille. Pöly hajottaa valoa, joten sillä päällystettyjen aurinkopaneelien hyötysuhde laskee jyrkästi.

Suoran auringonvalon tarpeen vuoksi yksikiteinen aurinkopaneelit asennetaan pääasiassa avoimilla alueilla tai korkeuksissa. Mitä lähempänä päiväntasaajaa alue on ja mitä enemmän aurinkoisia päiviä sillä on, sitä edullisempaa on asentaa tämäntyyppisiä aurinkosähköelementtejä.

Monikiteiset aurinkokennot

Monikiteisillä piipaneeleilla (multi-Si) on sininen väri, jonka intensiteetti on epätasainen kiteiden monipuolisen suunnan vuoksi. Niiden valmistuksessa käytetyn piin puhtaus on hieman alhaisempi kuin monokiteisten analogien.

Monisuuntaiset kiteet tarjoavat korkean hyötysuhteen hajavalossa - 12-18%.Se on matalampi kuin yksisuuntaisissa kiteissä, mutta pilvisissä sääolosuhteissa tällaiset paneelit ovat tehokkaampia.

Materiaalin heterogeenisuus johtaa myös piin tuotantokustannusten alenemiseen. Monikiteisten aurinkopaneelien puhdistettu metalli kaadetaan muotteihin ilman erityisiä temppuja.

Tuotannossa käytetään erikoistekniikoita kiteiden muodostamiseen, mutta niiden suuntaa ei valvota. Jäähdytyksen jälkeen pii leikataan kerroksiksi ja käsitellään erityisen algoritmin mukaisesti.

Monikiteiset paneelit eivät vaadi jatkuvaa suuntaamista aurinkoon, joten talojen ja teollisuusrakennusten kattoja käytetään aktiivisesti niiden sijoittamiseen.

Päivällä kevyillä pilvillä amorfisesta piistä valmistettujen aurinkopaneelien edut eivät ole havaittavissa, niiden edut paljastuvat vain tiheiden pilvien alla tai varjossa (+)

Monisuuntaisilla kiteillä varustettujen aurinkokennojen etuja ovat:

1. Korkea hyötysuhde hajavalossa.
2. Mahdollisuus pysyvään asennukseen rakennusten katoilla.
3. Alempi kustannus verrattuna monokiteisiin paneeleihin.
4. Toiminnan kesto — tehokkuuden lasku 20 vuoden käytön jälkeen on vain 15-20 %.

Monikiteisillä paneeleilla on myös haittoja:

1. Vähentynyt tehokkuus arvolla 12-18 %.
2. Suhteellinen tilavuus — tehoyksikköä kohti tarvitaan enemmän asennustilaa monokiteisiin analogeihin verrattuna.

Monikiteiset aurinkopaneelit kasvattavat markkinaosuuttaan muiden piiakkujen joukossa. Tämän takaavat laajat mahdollisuudet alentaa niiden tuotantokustannuksia.Tällaisten paneelien tehokkuus kasvaa myös joka vuosi ja lähestyy nopeasti 20 % massatuotetuotteissa.

Amorfiset pii-aurinkopaneelit

Mekanismi aurinkopaneelien tuottamiseksi amorfisesta piistä eroaa olennaisesti kiteisten aurinkokennojen tuotannosta. Tässä ei käytetä puhdasta epämetallia, vaan sen hydridiä, jonka kuumat höyryt kerrostuvat alustalle.

Tämän tekniikan seurauksena klassisia kiteitä ei muodostu, ja tuotantokustannukset pienenevät jyrkästi.

Kerrostetut amorfiset piiaurinkokennot voidaan asentaa joko joustavalle polymeerisubstraatille tai jäykkään lasilevylle

Tällä hetkellä amorfisia piipaneeleja on jo kolme sukupolvea, joista jokainen lisää merkittävästi tehokkuutta. Jos ensimmäisten aurinkosähkömoduulien hyötysuhde oli 4-5%, nyt toisen sukupolven malleja, joiden hyötysuhde on 8-9%, myydään laajalti markkinoilla.

Uusimpien amorfisten paneelien hyötysuhde on jopa 12 %, ja ne ovat jo alkaneet ilmestyä myyntiin, mutta ne ovat edelleen melko kalliita.

Tämän tuotantoteknologian ominaisuuksien ansiosta on mahdollista luoda piikerros sekä jäykkään että joustavaan alustaan. Tästä johtuen amorfisia piimoduuleja käytetään aktiivisesti joustavissa ohutkalvomoduuleissa. Mutta joustavalla taustalla varustetut vaihtoehdot ovat paljon kalliimpia.

Amorfisen piin fysikaalis-kemiallinen rakenne mahdollistaa heikon sironneen valon fotonien maksimaalisen absorption sähkön tuottamiseksi. Siksi tällaiset paneelit ovat käteviä käytettäväksi pohjoisilla alueilla, joilla on suuret vapaat alueet.

Amorfiseen piihin perustuvien akkujen tehokkuus ei laske edes korkeissa lämpötiloissa, vaikka ne ovat tässä parametrissa huonompia kuin galliumarsenidilevyt.

Samoilla laitekustannuksilla piihydridi-aurinkopaneelit ovat tehokkaampia kuin niiden mono- ja monikiteiset vastineet (+)

Yhteenvetona voimme tuoda esiin seuraavat amorfisten aurinkopaneelien edut:

1. Monipuolisuus — kyky valmistaa joustavia ja ohuita paneeleja asentamalla akut mihin tahansa arkkitehtoniseen muotoon.
2. Korkea hyötysuhde hajavalossa.
3. Vakaa työ korkeissa lämpötiloissa.
4. Suunnittelun yksinkertaisuus ja luotettavuus. Tällaiset paneelit eivät käytännössä hajoa.
5. Suorituskyvyn ylläpitäminen vaikeissa olosuhteissa — vähemmän suorituskykyä, kun pinta on pölyinen kuin kiteisten analogien kanssa

Tällaisten aurinkokennojen käyttöikä toisesta sukupolvesta alkaen on 20-25 vuotta tehohäviöllä 15-20%. Amorfisten piipaneelien ainoat haitat ovat suurempien alueiden tarve tarvittavan tehon laitteiden sijoittamiseksi.

Yleiskatsaus silikonittomiin laitteisiin

Joidenkin harvinaisista ja kalliista metalleista valmistettujen aurinkopaneelien hyötysuhde on yli 30 %. Ne ovat useita kertoja kalliimpia kuin piivastikkeet, mutta ne ovat silti korkean teknologian markkinarako erikoisominaisuuksiensa vuoksi.

Harvinaiset metalliset aurinkopaneelit

Harvinaisia ​​metallisia aurinkopaneeleja on useita tyyppejä, eivätkä kaikki ole tehokkaampia kuin monokiteiset piimoduulit.

Kuitenkin kyky toimia äärimmäisissä olosuhteissa antaa tällaisten aurinkopaneelien valmistajille mahdollisuuden tuottaa kilpailukykyisiä tuotteita ja tehdä lisätutkimuksia.

Kadmiumtelluridipaneeleja käytetään aktiivisesti rakennusten verhoiluun päiväntasaajan ja Arabian maissa, joissa niiden pinta lämpenee 70-80 asteeseen päivän aikana

Tärkeimmät aurinkokennojen valmistuksessa käytetyt seokset ovat kadmiumtelluridi (CdTe), indiumkuparigalliumselenidi (CIGS) ja kupari-indiumselenidi (CIS).

Kadmium on myrkyllinen metalli, ja indium, gallium ja telluuri ovat melko harvinaisia ​​ja kalliita, joten niihin perustuvien aurinkopaneelien massatuotanto on jopa teoriassa mahdotonta.

Tällaisten paneelien tehokkuus on 25-35 %, vaikka poikkeustapauksissa se voi nousta jopa 40 %:iin. Aiemmin niitä käytettiin pääasiassa avaruusteollisuudessa, mutta nyt on syntynyt uusi lupaava suunta.

Harvinaisista metalleista valmistettujen valokennojen vakaan toiminnan ansiosta 130-150°C lämpötiloissa niitä käytetään aurinkolämpövoimalaitoksissa. Tällöin auringonsäteet kymmenistä tai sadoista peileistä keskittyvät pieneen paneeliin, joka tuottaa samanaikaisesti sähköä ja varmistaa lämpöenergian siirtymisen veden lämmönvaihtimeen.

Veden lämmityksen seurauksena muodostuu höyryä, joka saa turbiinin pyörimään ja tuottamaan sähköä. Tällä tavalla aurinkoenergia muunnetaan sähköenergiaksi samanaikaisesti kahdella tavalla mahdollisimman tehokkaasti.

Polymeeri ja orgaaniset analogit

Orgaanisiin ja polymeeriyhdisteisiin perustuvia aurinkosähkömoduuleja alettiin kehittää vasta viimeisen vuosikymmenen aikana, mutta tutkijat ovat jo edistyneet merkittävästi.Eurooppalainen yritys on edistynyt eniten Heliatek, joka on jo varustanut useita korkeita rakennuksia orgaanisilla aurinkopaneeleilla.

Sen rullakalvorakenteen paksuus on HeliaFilm on vain 1 mm.

Polymeeripaneelien valmistuksessa käytetään aineita, kuten hiilifulereenejä, kupariftalosyaniinia, polyfenyleeniä ja muita. Tällaisten aurinkokennojen hyötysuhde on jo 14-15%, ja tuotantokustannukset ovat useita kertoja pienemmät kuin kiteisten aurinkopaneelien.

Kysymys orgaanisen työkerroksen hajoamisajasta on akuutti. Toistaiseksi ei ole mahdollista luotettavasti vahvistaa sen tehokkuutta useiden vuosien käytön jälkeen.

Orgaanisten aurinkopaneelien edut ovat:

• mahdollisuus ympäristön kannalta turvalliseen hävittämiseen;
• alhaiset tuotantokustannukset;
• joustava muotoilu.

Tällaisten aurinkokennojen haittoja ovat suhteellisen alhainen hyötysuhde ja luotettavan tiedon puute paneelien vakaan toiminnan ajanjaksoista. On mahdollista, että 5-10 vuodessa kaikki orgaanisten aurinkokennojen haitat häviävät ja niistä tulee vakavia kilpailijoita piikiekkoille.

Mikä aurinkopaneeli valita?

Aurinkopaneelien valinta maalaistaloihin 45-60° leveysasteella ei ole vaikeaa. Tässä on vain kaksi harkitsemisen arvoista vaihtoehtoa: monikiteiset ja yksikiteiset piipaneelit.

Jos tilaa on pulaa, on parempi suosia tehokkaampia malleja, joissa on yksipuolinen kidesuuntaus; jos aluetta on rajoittamaton, on suositeltavaa ostaa monikiteisiä paristoja.

Aurinkopaneelimarkkinoiden kehityksessä ei kannata luottaa analyyttisten yritysten ennusteisiin, sillä parhaita esimerkkejä niistä ei ehkä ole vielä keksitty

On parempi valita tietty valmistaja, tarvittava teho ja lisälaitteet tällaisten laitteiden myyntiin ja asennukseen osallistuvien yritysten johtajien osallistumiseen. Sinun pitäisi tietää, että suurimpien valmistajien aurinkosähkömoduulien laatu ja hinta eroavat vähän.

On otettava huomioon, että kun tilaat avaimet käteen -laitteen, itse aurinkopaneelien hinta on vain 30-40% kokonaismäärästä. Tällaisten hankkeiden takaisinmaksuaika on 5-10 vuotta, ja se riippuu energiankulutuksen tasosta ja mahdollisuudesta myydä ylimääräistä sähköä kaupungin verkkoon.

Jotkut käsityöläiset haluavat koota aurinkopaneelit omin käsin. Sivustollamme on artikkeleita, joissa on yksityiskohtainen kuvaus tällaisten paneelien valmistustekniikasta, niiden kytkennästä ja aurinkolämmitysjärjestelmien järjestelystä.

Suosittelemme lukemaan:

1. Kuinka tehdä aurinkoakku omin käsin: ohjeet itsekokoonpanoon
2. Aurinkolämmitysjärjestelmät: aurinkosähköjärjestelmiin perustuvien lämmitystekniikoiden analyysi
3. Aurinkopaneelien kytkentäkaavio: säätimeen, akkuun ja huollettuun järjestelmään

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Esitetyt videot näyttävät erilaisten aurinkopaneelien toiminnan todellisissa olosuhteissa. He auttavat sinua myös ymmärtämään liittyvien laitteiden valintaan liittyvät ongelmat.

Aurinkopaneelien ja niihin liittyvien laitteiden valintasäännöt:

Aurinkopaneelien tyypit:

Yksikiteisten ja monikiteisten paneelien testaus:

Väestölle ja pienille teollisuuslaitoksille ei tällä hetkellä ole todellista vaihtoehtoa kiteisille piipaneeleille.Mutta uudentyyppisten aurinkopaneelien kehitysvauhti antaa meille mahdollisuuden toivoa, että aurinkoenergiasta tulee pian pääasiallinen sähkönlähde monissa maalaistaloissa.

Kutsumme kaikki aurinkopaneelien valinnasta ja käytöstä kiinnostuneet jättämään kommentteja, esittämään kysymyksiä ja osallistumaan keskusteluihin. Yhteydenottolomake sijaitsee alaosassa.