Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Алтернативната енергия е най-развита в Европа, показваща резултатите от техните перспективи. Има нови видове слънчеви клетки, повишаващи тяхната ефективност.

Ако искате да осигурите функционирането на индустриална сграда или жилище за сметка на слънчевата енергия, първо трябва да научите за разликите в оборудването, да разберете кои слънчеви панели са подходящи за климатичните условия на даден регион.

Ще помогнем да разберем този въпрос. Статията описва принципа на работа на фотоелектрическите преобразуватели, осигурява преглед на различните видове слънчеви клетки, като посочва техните характеристики, предимства и недостатъци. След преглед на материала можете да направите правилния избор за организиране на ефективна слънчева система.

Принципът на работа на слънчевите панели

По-голямата част от слънчевите панели са физически фотоелектрически преобразуватели. Електрогенериращият ефект възниква на мястото на полупроводниковия pn преход.

Именно силициевите пластини са в основата на цената на слънчевите панели, но когато ги използвате като 24-часов източник на захранване, ще трябва допълнително да купувате скъпи акумулаторни батерии.

Панелът се състои от две силициеви пластини с различни свойства. Под действието на светлината в една от тях има липса на електрони, а в другата - излишъкът им. Всяка плоча има медни оловни ленти, които са свързани към преобразуватели на напрежение.

Индустриален слънчев панел се състои от множество ламинирани фотоволтаични клетки, свързани помежду си и монтирани на гъвкава или твърда основа.

Ефективността на оборудването зависи до голяма степен от чистотата на силиция и от ориентацията на неговите кристали. Тези параметри се опитват да подобрят инженерите от последните десетилетия. Основният проблем е високата цена на процесите, които са в основата на пречистването на силиция и разположението на кристалите в една посока на целия панел.

Всяка година максималната ефективност на различните слънчеви панели се променя нагоре, тъй като милиарди долари са инвестирани в изследването на нови фотоволтаични материали

Полупроводниците на фотоелектрическите преобразуватели могат да бъдат направени не само от силиций, но и от други материали - принципът на работа на батерията не се променя.

Видове фотоелектрически преобразуватели

Те класифицират индустриалните слънчеви панели според техните конструктивни особености и вида на работния фотоелектричен слой.

Тези видове батерии се отличават по тип на устройството:

  • гъвкави панели;
  • твърди модули.

Гъвкавите тънкослойни панели постепенно заемат нарастваща ниша на пазара поради тяхната гъвкавост при монтажа, защото можете да ги монтирате на повечето повърхности с различни архитектурни форми.

Действителните характеристики на слънчевите панели обикновено са по-ниски от посочените в инструкциите. Ето защо, преди да ги инсталирате у дома, препоръчително е да видите подобен изпълнен проект.

Според вида на работния фотоелектричен слой, слънчевите клетки са разделени на следните типове:

  1. Силикон: монокристален, поликристален, аморфен.
  2. Телур-кадмий.
  3. На основата на индий-мед-галиев селенид.
  4. Полимерни.
  5. Organic.
  6. На основата на галиев арсенид.
  7. Комбиниран и многопластов.

Интерес за общия потребител са не всички видове слънчеви панели, а само първите два кристални подвида.

Въпреки че някои други видове панели имат висока ефективност, те не се използват широко поради високата цена.

Монокристалните панели са лесни за отгатване по белите квадратчета в ъглите на отделните елементи Препоръчва се поликристалните панели да бъдат ориентирани на изток и запад, а за южната страна е по-добре да се закупи модул с един кристал. Слънчевите панели с тънък филм са популярни в производството на преносими слънчеви панели Слънчеви панели с индиево съдържание активно се използват в космическите спътници Слънчевият арсен с галиев арсенид става токсичен само чрез директен контакт с вода. Редки метални слънчеви панели могат да бъдат изработени от всякакъв размер и форма. Органичните слънчеви панели все още не са на разположение на масовия потребител поради недостатъчно технологично тестване. Полимерните слънчеви клетки имат ниска ефективност, така че разпространението все още не е получено

Силиконовите фотоволтаични клетки са доста чувствителни към топлина. Основната температура за измерване на генерирането на енергия е 25 ° C. С увеличаването му с една степен ефективността на панелите намалява с 0.45-0.5%.

След това ще бъдат разгледани подробно слънчевите панели, които са от най-голям интерес за потребителите.

Характеристики на панели на базата на силиций

Силикон за слънчеви клетки е направен от кварцов прах - смлени кварцови кристали. Най-богатите находища на суровини са в Западен Сибир и Средния Урал, така че перспективите за тази посока на слънчевата енергия са почти безкрайни.

Дори и сега кристалните и аморфните силициеви панели заемат повече от 80% от пазара. Затова си струва да ги разгледаме по-подробно.

Монокристални силициеви панели

Съвременните монокристални силициеви пластинки (моно-Si) имат еднакъв тъмно син цвят по цялата повърхност. За тяхното производство се използва най-чистият силиций. Монокристалните фотоволтаици сред всички силициеви пластини имат най-висока цена, но осигуряват най-добра ефективност.

Големите монокристални слънчеви панели с въртящи се механизми се вписват идеално в пустинните пейзажи. Той осигурява условия за максимална производителност.

Високата цена на производството се дължи на сложността на ориентацията на всички силициеви кристали в една посока. Поради тези физични свойства на работния слой, максималната ефективност се осигурява само когато слънчевите лъчи са перпендикулярни на повърхността на плочата.

Монокристалните батерии изискват допълнително оборудване, което автоматично ги върти през деня, така че равнината на панелите да е перпендикулярна на слънчевите лъчи.

Силициевите слоеве с едностранно ориентирани кристали се изрязват от цилиндричен метален прът, така че готовите фотоволтаични блокове имат формата на квадрат, закръглен в ъглите.

Предимствата на монокристалните силициеви батерии включват:

  1. Висока ефективност със стойност 17-25%.
  2. Компактност - по-малка площ на оборудването на единица мощност, в сравнение с поликристални силициеви панели.
  3. Устойчивост - достатъчна ефективност на производството на електроенергия се осигурява до 25 години.

Има само два недостатъка на такива батерии:

  1. Висока цена и дълга възвръщаемост.
  2. Чувствителност към замърсяване . Прахът разсейва светлината, така че ефективността на покритите от нея слънчеви панели е драстично намалена.

Поради нуждата от пряка слънчева светлина, монокристалните слънчеви панели се монтират главно на открити площи или на височина. Колкото по-близо е теренът до екватора и колкото повече слънчеви дни има, толкова по-предпочитан е монтажът на този вид фотоволтаични клетки.

Поликристални слънчеви панели

Поликристалните силициеви панели (мулти-Si) имат неравномерен син цвят, поради различната ориентация на кристалите. Чистотата на силиций, използван при тяхното производство, е малко по-ниска от тази на монокристалните аналози.

Многопосочните кристали осигуряват висока ефективност при дифузна светлина - 12-18%. Тя е по-ниска, отколкото в еднопосочни кристали, но в условия на облачно време такива панели се оказват по-ефективни.

Хетерогенността на материала води до намаляване на разходите за производство на силиций. Пречистеният метал за поликристални слънчеви панели без специални трикове се излива в калъпи.

Производството използва специални техники за образуване на кристали, но тяхната посока не се контролира. След охлаждане силицийът се нарязва на слоеве и се обработва по специален алгоритъм.

Поликристалните панели не изискват постоянна ориентация към слънцето, затова за тяхното поставяне активно се използват покриви на къщи и промишлени сгради.

През деня, с леко облачно покритие, предимствата на аморфните силициеви слънчеви панели няма да бъдат забележими, техните качества се разкриват само с гъсти облаци или в сянка (+)

Предимствата на слънчевите клетки с многопосочни кристали включват:

  1. Висока ефективност при условия на околна светлина.
  2. Възможността за стационарна инсталация на покривите на сгради.
  3. По-ниска цена в сравнение с монокристалните панели.
  4. Продължителност на операцията - спадът на ефективността след 20 години експлоатация е само 15-20%.

Налични са и недостатъци на поликристалните панели:

  1. Намалена ефективност със стойност от 12-18%.
  2. Относителна обемност - повече пространство е необходимо за монтаж на единица мощност в сравнение с монокристалните аналози.

Поликристалните слънчеви панели придобиват все по-голям пазарен дял сред другите силициеви батерии. Това се осигурява от голям потенциал за намаляване на разходите за тяхното производство. Ефективността на такива панели също се увеличава ежегодно, като наближава 20% от масовите продукти.

Аморфни силициеви слънчеви панели

Механизмът на производство на аморфни силициеви слънчеви панели е коренно различен от производството на кристални фотоволтаични клетки. Той използва не чист неметален материал, а негов хидрид, чиито горещи пари се отлагат върху субстрата.

В резултат на тази технология не се образуват класически кристали, а производствените разходи рязко намаляват.

Фотоволтаичните клетки от утаения аморфен силиций могат да бъдат фиксирани както върху гъвкава полимерна основа, така и върху твърда стъклена плоча.

В момента вече има три поколения панели, изработени от аморфен силиций, във всяка от които ефективността е забележимо увеличена. Ако първите фотоволтаични модули са с ефективност от 4-5%, сега на пазара са моделите от второ поколение с ефективност от 8-9%.

Аморфните панели с най-новия дизайн имат ефективност до 12% и вече започват да се появяват в продажба, но все още са доста скъпи.

Поради характеристиките на тази производствена технология е възможно да се създаде силиконов слой върху твърда и гъвкава основа. Поради това аморфните силициеви модули се използват активно в гъвкави тънкослойни соларни модули. Но опциите с еластична подложка са много по-скъпи.

Физико-химичната структура на аморфния силиций позволява максималната абсорбция на фотони от слаба разсеяна светлина да генерира електричество. Следователно такива панели са удобни за използване в северните райони с големи свободни зони.

Ефективността на батериите на базата на аморфен силиций не намалява при високи температури, въпреки че по този параметър са по-ниски от панелите от галиев арсенид.

Със същата цена на оборудването, соларните панели от силициев хидрид показват по-висока производителност от техните монокристални и поликристални аналози (+)

Обобщавайки, можете да посочите следните предимства на аморфните слънчеви панели:

  1. Универсалност - възможността за производство на гъвкави и тънки панели, монтаж на батерии на всяка архитектурна форма.
  2. Висока ефективност при дифузна светлина.
  3. Стабилна работа при високи температури.
  4. Простота и надеждност на дизайна . Такива панели практически не се счупват.
  5. Запазване на производителността при трудни условия - по-малък спад на производителността, когато повърхността е прашна, отколкото повърхността на кристалните аналози

Срокът на експлоатация на такива фотоволтаични клетки, като се започне от второто поколение, е 20-25 години с спад на мощността от 15-20%. Недостатъците на аморфните силициеви панели могат да се отдадат само на необходимостта от големи площи за разполагане на оборудването с необходимата мощност.

Преглед на устройства без силиций

Някои слънчеви панели, произведени с използване на редки и скъпи метали, имат ефективност над 30%. Те са много пъти по-скъпи от техните силициеви аналози, но все още заемат високотехнологична търговска ниша, благодарение на своите специални характеристики.

Редки метални слънчеви панели

Съществуват няколко вида слънчеви панели от редки метали и не всички от тях имат по-висока ефективност от монокристалните силициеви модули.

Въпреки това, възможността за работа в екстремни условия позволява на производителите на такива слънчеви панели да произвеждат конкурентни продукти и да провеждат по-нататъшни изследвания.

Кадмиевите телуридни панели се използват широко за облицоване на сгради в екваториални и арабски страни, където повърхността им се загрява до 70-80 градуса през деня

Основните сплави, използвани за производството на фотоволтаични клетки, са кадмиев телурид (CdTe), индий-мед-галиев селенид (CIGS) и индиево-меден селенид (CIS).

Кадмият е токсичен метал, а индий, галий и телур са доста редки и скъпи, така че масовото производство на слънчеви панели на базата на тях дори е теоретично невъзможно.

Ефективността на такива панели е на ниво от 25-35%, въпреки че в изключителни случаи може да достигне до 40%. Преди това те бяха използвани главно в космическата индустрия и сега се появи нова обещаваща посока.

Благодарение на стабилната работа на фотоволтаичните клетки от редки метали при температури 130-150 ° C, те се използват в слънчеви топлинни електроцентрали. В същото време лъчите на слънцето от десетки или стотици огледала са концентрирани върху малък панел, който едновременно генерира електричество и осигурява прехвърлянето на топлинна енергия към воден топлообменник.

В резултат на загряването на водата се генерира пара, която кара турбината да се върти и да генерира електричество. По този начин слънчевата енергия се преобразува в електрическа енергия едновременно по два начина с максимална ефективност.

Полимерни и органични аналози

Фотоволтаичните модули на базата на органични и полимерни съединения започват да се развиват едва през последното десетилетие, но изследователите вече са постигнали значителен успех. Най-голям напредък демонстрира европейската компания Heliatek, която вече е оборудвала няколко високи сгради с органични слънчеви панели.

Дебелината на конструкцията на ролков филм от типа HeliaFilm е само 1 мм.

При производството на полимерни панели се използват вещества като въглеродни фулерени, меден фталоцианин, полифенилен и други. Ефективността на такива слънчеви клетки вече достига 14-15%, а производствените разходи са няколко пъти по-ниски от тези на кристалните слънчеви панели.

Налице е остър въпрос за термина деградация на органичния работен слой. Досега не е възможно да се потвърди надеждно нивото на нейната ефективност след няколко години работа.

Предимствата на органичните слънчеви панели са:

  • възможността за екологично безопасно обезвреждане;
  • ниска себестойност на производството;
  • гъвкав дизайн.

Недостатъците на такива фотоволтаични клетки включват относително ниската ефективност и липсата на надеждна информация за периодите на стабилна работа на панелите. Възможно е за 5-10 години всички недостатъци на органичните слънчеви клетки да изчезнат и те ще станат сериозни конкуренти за силициевите пластини.

Какъв вид слънчеви панели да изберете?

Изборът на слънчеви панели за селски къщи на ширина 45-60 ° не е труден. Тук си струва да разгледаме само две възможности: поликристални и монокристални силициеви панели.

С недостиг на пространство е по-добре да се даде предимство на по-ефективни модели с едностранна ориентация на кристалите, с неограничена площ се препоръчва закупуването на поликристални батерии.

Съсредоточете се върху прогнозите на аналитичните компании за развитието на пазара на слънчеви панели не си струва, защото техните най-добри проби може да не са били измислени още

По-добре е да изберете конкретен производител, необходимата мощност и допълнително оборудване с участието на мениджъри на фирми, занимаващи се с продажба и монтаж на такова оборудване. Трябва да знаете, че качеството и цената на фотоволтаичните модули от най-големите производители се различават малко.

Трябва да се има предвид, че при поръчка на набор от оборудване "до ключ", цената на самите слънчеви панели ще бъде само 30-40% от общата сума. Периодът на възвръщаемост за такива проекти е 5-10 години и зависи от нивото на потребление на енергия и възможността за продажба на излишък от електроенергия към градската мрежа.

Някои майстори предпочитат да събират слънчеви клетки със собствените си ръце. На нашия сайт има статии с подробно описание на технологията на производство на такива панели, тяхното свързване и подреждане на отоплителни слънчеви системи.

Съветваме ви да прочетете:

  1. Как да направите слънчева батерия го направете сами: инструкции за самостоятелно сглобяване
  2. Слънчеви отоплителни системи: анализ на технологии за подреждане на отопление на базата на слънчеви системи
  3. Схема на свързване на слънчеви батерии: към контролера, към батерията и обслужваните системи

Заключения и полезно видео по темата

Представените видеоклипове показват работата на различни слънчеви панели в реални условия. Те също така ще помогнат да се разбере изборът на съответното оборудване.

Правила за избор на слънчеви панели и свързаното с тях оборудване:

Видове слънчеви панели:

Изпитване на монокристални и поликристални панели:

За населението и малките промишлени съоръжения няма реална алтернатива на панелите от кристален силиций. Но темпото на развитие на нови видове слънчеви клетки ни позволява да се надяваме, че слънчевата енергия скоро ще се превърне в основен източник на електроенергия в много къщи.

Всеки, който се интересува от избора и използването на слънчеви панели, е поканен да публикува коментари, да задава въпроси и да участва в дискусии. Формулярът за контакт се намира в долния блок.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Строителство