Alternatiivne energia areneb Euroopas nii palju kui võimalik, näidates selle lubaduse tulemusi. Ilmuvad uut tüüpi päikesepaneelid, nende efektiivsus suureneb.
Kui soovite päikese energiast tulenevalt tagada tööstushoone või elamu toimimise, peate kõigepealt tundma õppima seadmete erinevusi, mõistma, millised päikesepaneelid sobivad konkreetse piirkonna kliimatingimuste jaoks.
Aitame seda küsimust mõista. Artiklis kirjeldatakse fotogalvaaniliste muundurite tööpõhimõtet, antakse ülevaade eri tüüpi päikesepaneelidest koos nende omaduste, eeliste ja puudustega. Pärast materjali ülevaatamist saate teha tõhusa päikesesüsteemi korraldamiseks õige valiku.
Päikesepaneelide tööpõhimõte
Valdav enamus päikesepaneelidest füüsilises mõttes on fotoelektrilised muundurid. Elektrit tekitav efekt ilmneb pooljuhi pn-ristmiku kohas.
Päikesepaneelide kulude aluseks on ränivahvlid, kuid ööpäevaringselt kasutatava elektrienergia allikana peate lisaks ostma ka kalleid akusid
Paneel koosneb kahest erineva omadusega ränivahvlist. Valguse mõjul on ühes neist puudu elektronid, teises - nende liig. Igal plaadil on vaskollektoriribad, mis ühendatakse pingemuunduritega.
Tööstuslik päikesepaneel koosneb paljudest lamineeritud fotogalvaanilistest elementidest, mis on üksteisega ühendatud ja painduvale või jäigale aluspinnale kinnitatud.
Seadmete efektiivsus sõltub suuresti räni puhtusest ja selle kristallide orientatsioonist. Just neid parameetreid on insenerid viimastel aastakümnetel püüdnud parandada. Sel juhul on peamine probleem räni puhastamise aluseks olevate protsesside kõrge hind ja kristallide paiknemine ühes suunas kogu paneelil.
Igal aastal muutub erinevate päikesepaneelide maksimaalne efektiivsus paremaks, sest uute fotogalvaaniliste materjalide uurimisse investeeritakse miljardeid dollareid (+)
Fotoelektriliste muundurite pooljuhid võivad olla valmistatud mitte ainult räni, vaid ka muudest materjalidest - aku tööpõhimõte ei muutu.
Fotoelektriliste muundurite tüübid
Tööstuslikke päikesepaneele klassifitseeritakse nende disainifunktsioonide ja töötava fotogalvaanilise kihi tüübi järgi.
Eristage seda tüüpi akusid seadme tüübi järgi:
- painduvad paneelid;
- jäigad moodulid.
Painduvad õhukesed kilepaneelid hõivavad nende paigaldamise mitmekülgsuse tõttu järk-järgult turul üha suurema niši, kuna saate neid paigaldada enamikule pindadele mitmesuguste arhitektuurivormidega.
Päikesepaneelide tegelikud omadused on tavaliselt madalamad kui juhistes märgitud. Seetõttu on enne nende kodus paigaldamist soovitatav sarnane valmisprojekt ise näha
Vastavalt töötava fotogalvaanilise kihi tüübile jagunevad päikesepatareid järgmisteks variantideks:
- Räni: monokristallid, polükristallid, amorfsed.
- Telluuriumi kaadmium.
- Põhineb indium-vask-gallium seleniidil.
- Polümeer.
- Orgaaniline
- Põhineb galliumarseniidil.
- Kombineeritud ja mitmekihiline.
Tavatarbijale pakuvad huvi mitte kõik päikesepaneelide tüübid, vaid ainult kaks esimest kristalset alamliiki.
Kuigi mõnel teisel tüüpi paneelidel on kõrge efektiivsus, kuid kõrgete kulude tõttu pole neid laialdaselt kasutatud.
Pildigalerii
Foto:
Monokristalliliste päikesepatareide rida
Räni polükristalliline päikesepaneel
Päikesepaneel kile kujul
Indium-vask-galliumseleniidist pärinevad fotogalvaanilised elemendid
Galliumarseniidi fotoelement
Kaadmiumtelluuri päikesepaneelid
Orgaaniliste päikesepaneelide tootmine
Polüester päikesepaneel
Räni fotogalvaanilised elemendid on kuumuse suhtes üsna tundlikud. Põhitemperatuur energiatootmise mõõtmiseks on 25 ° C. Kui seda suurendatakse ühe kraadi võrra, väheneb paneelide efektiivsus 0,45–0,5%.
Järgmisena uuritakse üksikasjalikult päikesepaneele, mis pakuvad tarbijatele kõige suuremat huvi.
Ränipõhiste paneelide omadused
Päikesepaneelide räni on valmistatud kvartsipulbrist - purustatud kvartskristallidest. Kõige rikkamad toorainevarud on Lääne-Siberis ja Kesk-Uuralites, seetõttu on selle päikeseenergia piirkonna väljavaated peaaegu piiramatud.
Isegi praegu hõivavad kristalsed ja amorfsed ränipaneelid juba enam kui 80% turust. Seetõttu tasub neid üksikasjalikumalt kaaluda.
Monokristallilised ränipaneelid
Kaasaegsed ühekristallilised ränivahvlid (mono-Si) on kogu pinna ulatuses ühtlase tumesinise värviga. Nende tootmiseks kasutatakse kõige puhtamat räni. Kõigi ränivahvlite seas olevad monokristallilised fotoelemendid on kõrgeima hinnaga, kuid pakuvad ka parimat tõhusust.
Suured ühekristallilised pöördmehhanismidega päikesepaneelid sobivad ideaalselt kõrbemaastikesse. See loob tingimused maksimaalseks tootlikkuseks.
Tootmise kõrge hind on tingitud raskustest kõigi räni kristallide ühes suunas orienteerimisel. Töökihi selliste füüsikaliste omaduste tõttu tagatakse maksimaalne efektiivsus ainult siis, kui päikesevalgus on plaadi pinnaga risti.
Monokristallilised akud vajavad lisavarustust, mis pöörleb neid päeva jooksul automaatselt, nii et paneelide tasapind oleks päikesekiirtega võimalikult risti.
Silindrilisest metallvardast lõigatakse ühepoolselt orienteeritud kristallidega räni kihid, nii et valmis fotogalvaanilised plokid on nurkadest ümardatud ruudu kujul.
Ühekristalliliste ränipatareide eeliste hulka kuuluvad:
- Kõrge efektiivsusega väärtusega 17-25%.
- Kompaktsus - vähem seadmeid energiaühiku kohta, võrreldes polükristalliliste ränipaneelidega.
- Vastupidavus - tagatakse piisav elektritootmise efektiivsus kuni 25 aastat.
Sellistel akudel on ainult kaks puudust:
- Kõrge hind ja pikk tasuvusaeg.
- Tundlikkus reostuse suhtes. Tolm hajutab valgust, seetõttu väheneb sellega kaetud päikesepaneelide efektiivsus järsult.
Otsese päikesevalguse vajaduse tõttu paigaldatakse ühekristallilised päikesepaneelid peamiselt avatud aladele või kõrgusele. Mida lähemal on piirkond ekvaatorile ja mida päikeselisemaid päevi tal on, seda eelistatavam on seda tüüpi fotogalvaaniliste elementide paigaldamine.
Polükristallilised päikesepaneelid
Polükristallilistel ränipaneelidel (multi-Si) on kristallide mitmekesise orientatsiooni tõttu ebaühtlane sinine värv. Nende valmistamisel kasutatava räni puhtus on pisut madalam kui ühekristallide analoogidel.
Kristallide mitmesuunaline jõudlus tagab hajutatud valguse korral kõrge kasuteguri - 12-18%. See on madalam kui ühesuunalistes kristallides, kuid pilvise ilmaga on sellised paneelid tõhusamad.
Materjali heterogeensus põhjustab ka räni tootmise kulude vähenemist. Polükristalliliste päikesepaneelide puhastatud metall valatakse vormidesse ilma spetsiaalsete trikkideta.
Valmistamisel kasutatakse kristallide moodustamiseks spetsiaalseid tehnikaid, kuid nende orientatsiooni 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.
Päeval, kui on vähese pilvisusega, ei ole amorfsete ränist päikesepaneelide eelised märgatavad, nende eelised ilmnevad ainult tiheda pilve või varjus (+)
Mitmesuunaliste kristallidega päikesepaneelide eeliste hulka kuuluvad:
- Kõrge efektiivsusega ümbritseva valguse tingimustes.
- Statsionaarse paigaldamise võimalus hoonete katustel.
- Madalamad kulud võrreldes monokristalliliste paneelidega.
- Operatsiooni kestus - efektiivsuse langus pärast 20-aastast töötamist on ainult 15-20%.
Saadaval on ka polükristalliliste paneelide puudused:
- Madal efektiivsus väärtusega 12-18%.
- Suhteline mahukus - Võrreldes ühekristalliliste kollektoritega, on energiaühiku paigaldamiseks vaja rohkem ruumi.
Polükristallilised päikesepaneelid saavad teiste räni akude hulgas üha suuremat turuosa. Selle tagavad suured potentsiaalsed võimalused nende tootmiskulude vähendamiseks. Ka selliste paneelide efektiivsus suureneb igal aastal, lähenedes massitoodete puhul kiiresti 20% -le.
Amorfsed räni päikesepaneelid
Amorfsete ränist päikesepaneelide tootmise mehhanism erineb põhimõtteliselt kristalliliste fotogalvaaniliste elementide tootmisest. Siin ei kasutata puhast mittemetalli, vaid selle hüdriidi, mille kuumad aurud sadestuvad põhimikule.
Selle tehnoloogia tulemusel ei moodustu klassikalisi kristalle ja järsult vähenevad tootmiskulud.
Sadestunud amorfseid räni fotoelemente saab paigaldada nii elastsele polümeersubstraadile kui ka jäigale klaasilehele
Praegu on juba kolm põlvkonda amorfsest räni paneele, millest igaühes on tõhusus märgatavalt suurenenud. Kui esimeste fotogalvaaniliste moodulite kasutegur oli 4–5%, siis nüüd müüakse turul massiliselt teise põlvkonna mudeleid, mille kasutegur on 8–9%.
Viimase aja amorfsete paneelide efektiivsus on kuni 12% ja need hakkavad juba müüki ilmuma, kuid on siiski üsna kallid.
Selle tootmistehnoloogia omaduste tõttu on võimalik luua ränikihi nii jäigale kui ka elastsele aluspinnale. Seetõttu kasutatakse amorfseid ränimooduleid aktiivselt elastsetes õhukese kilega päikesemoodulites. Kuid elastse taustaga valikud on palju kallimad.
Amorfse räni füüsikalis-keemiline struktuur võimaldab elektrienergia saamiseks maksimaalselt absorbeerida nõrga hajunud valguse footoneid. Seetõttu on selliseid paneele mugav kasutada suurte vabade aladega põhjapoolsetes piirkondades.
Amorfsete ränipõhiste patareide efektiivsus ei vähene isegi kõrgetel temperatuuridel, ehkki need on selles parameetris madalamad kui gallium-arseniidi paneelid.
Sama varustuse hinnaga näitavad ränihüdriidist valmistatud päikesepaneelid suuremat jõudlust kui nende mono- ja polükristallilised analoogid (+)
Kokkuvõtteks võime nimetada amorfsete päikesepaneelide järgmisi eeliseid:
- Mitmekülgsus - võimalus toota elastseid ja õhukesi paneele, paigaldada akusid mis tahes arhitektuurivormidele.
- Kõrge efektiivsusega ümbritsevas valguses.
- Stabiilne töö kõrgel temperatuuril.
- Kujunduse lihtsus ja usaldusväärsus. Sellised paneelid praktiliselt ei purune.
- Soorituse säilitamine rasketes tingimustes - vähem jõudluse langust tolmusel pinnal kui kristalsetel analoogidel
Selliste fotogalvaaniliste elementide kasutusiga alates teisest põlvkonnast on 20-25 aastat, võimsuse langus on 15-20%. Amorfsete ränipaneelide puuduste hulka kuulub vaid vajadus suuremate alade järele, et mahutada vajaliku võimsusega seadmeid.
Ränivabade seadmete ülevaade
Mõnede haruldaste ja kallite metallide abil valmistatud päikesepaneelide kasutegur on üle 30%. Nad on mitu korda kallimad kui nende räni kolleegid, kuid sellegipoolest on nad tänu oma eripäradele hõivatud kõrgtehnoloogiaga kauplemise niši.
Haruldaste metallide päikesepaneelid
Haruldastest metallidest valmistatud päikesepaneele on mitut tüüpi ja mitte kõigi nende efektiivsus pole kõrgem kui ühekristalliliste ränimoodulite tõhusus.
Kuid võime töötada ekstreemsetes tingimustes võimaldab selliste päikesepaneelide tootjatel toota konkurentsivõimelisi tooteid ja viia läbi täiendavaid uuringuid.
Kaadmiumtelluuri paneele kasutatakse aktiivselt hoonete silmitsi ekvatoriaal- ja Araabia riikides, kus nende pind kuumeneb pärastlõunal kuni 70–80 kraadi
Peamised fotogalvaaniliste elementide tootmisel kasutatavad sulamid on kaadmiumtelluriid (CdTe), indium vaskgallium seleniid (CIGS) ja indium vask seleniid (CIS).
Kaadmium on mürgine metall ning indium, gallium ja telluurium on üsna haruldased ja kallid, seetõttu on nendel põhinevate päikesepaneelide masstootmine isegi teoreetiliselt võimatu.
Selliste paneelide efektiivsus on tasemel 25-35%, kuigi erandjuhtudel võib see ulatuda kuni 40%. Kui varem kasutati neid peamiselt kosmosetööstuses, siis nüüd on ilmunud uus paljutõotav suund.
Haruldaste metallide päikesepatareide stabiilse töö tõttu temperatuuril 130–150 ° C kasutatakse neid päikeseenergia elektrijaamades. Sel juhul koonduvad kümnetest või sadadest peeglitest pärit päikesekiired väikesele paneelile, mis genereerib samaaegselt elektrit ja tagab soojusenergia ülekande veesoojusvahetisse.
Vee kuumutamisel moodustub aur, mis põhjustab turbiini pöörlemise ja elektrienergia tootmist. Seega muundatakse päikeseenergia maksimaalse efektiivsusega samaaegselt elektrienergiaks kahel viisil.
Polümeeri ja orgaanilised analoogid
Orgaanilistel ja polümeerühenditel põhinevaid fotogalvaanilisi mooduleid hakati välja töötama alles viimasel kümnendil, kuid teadlased on juba teinud märkimisväärseid edusamme. Suurimat edu on saavutanud Euroopa ettevõte Heliatek, mis on juba mitu kõrghoonet orgaaniliste päikesepaneelidega varustanud.
Selle rull-tüüpi kile konstruktsiooni paksus Heliafilm on ainult 1 mm.
Polümeerpaneelide valmistamisel kasutatakse selliseid aineid nagu süsinikfulreenid, vaskftalotsüaniin, polüfenüleen jt. Selliste päikesepatareide efektiivsus ulatub juba 14-15% -ni ja tootmiskulud on mitu korda väiksemad kui kristalliliste päikesepaneelide puhul.
Orgaanilise töökihi lagunemisperioodi küsimus on terav. Siiani pole selle efektiivsuse taset pärast mitmeaastast töötamist võimalik usaldusväärselt kinnitada.
Orgaaniliste päikesepaneelide eelised on järgmised:
- keskkonnasõbraliku utiliseerimise võimalus;
- madalad tootmiskulud;
- paindlik disain.
Selliste fotoelementide miinusteks on suhteliselt madal efektiivsus ja usaldusväärse teabe puudumine paneelide stabiilse töö perioodide kohta. Võimalik, et 5-10 aasta pärast kaovad kõik orgaaniliste päikesepatareide puudused ja neist saavad ränivahvlitele tõsised konkurendid.
Millist päikesepaneeli valida?
Päikesepaneelide valik maamajade jaoks laiuskraadil 45-60 ° pole keeruline. Siinkohal tasub kaaluda ainult kahte võimalust: polükristallilised ja ühekristallilised ränipaneelid.
Ruumipuuduse korral on parem eelistada tõhusamaid kristallide ühepoolse orientatsiooniga mudeleid, piiramatu alaga on soovitatav osta polükristallilisi patareisid.
Päikesepaneelide turu arendamisel ei tohiks tugineda analüütiliste ettevõtete prognoosidele, kuna nende parimaid proove ei pruugi olla veel leiutatud
Konkreetse tootja, vajaliku võimsuse ja lisavarustuse valimine on parem, kui osalevad selliste seadmete müügi ja paigaldamisega seotud ettevõtete juhid. Te peaksite teadma, et suuremate tootjate fotogalvaaniliste moodulite kvaliteet ja hind erinevad vähe.
Pange tähele, et "võtmed kätte" komplekti tellimisel on päikesepaneelide endi maksumus ainult 30–40% kogukulust. Selliste projektide tasuvusaeg on 5–10 aastat ja sõltub energiatarbimise tasemest ning võimalusest müüa ülemäärast elektrit linnavõrku.
Mõned käsitöölised eelistavad päikesepaneele oma kätega kokku panna. Meie saidil on artikleid, milles on üksikasjalikult kirjeldatud selliste paneelide tootmistehnoloogiat, nende ühendamist ja päikesesüsteemide soojendamist.
Soovitame teil tutvuda:
- Kuidas päikesepatareid oma kätega valmistada: isekomplekteerimisjuhend
- Päikeseküttesüsteemid: päikesesüsteemidel põhineva küttesüsteemi analüüs
- Päikesepaneelide ühendusskeem: kontrolleri, aku ja hooldatud süsteemide külge
Esitatud videod näitavad erinevate päikesepaneelide tööd reaalsetes tingimustes. Samuti aitavad need mõista seotud varustuse valimise küsimusi.
Päikesepaneelide ja nendega seotud seadmete valimise reeglid:
Päikesepaneelide tüübid:
Ühekristall- ja polükristalliliste paneelide katsetamine:
Elanikkonna ja väikeste tööstusrajatiste jaoks pole kristallilistele ränipaneelidele reaalset alternatiivi. Kuid uut tüüpi päikesepaneelide arengutempo lubab loota, et varsti saab päikeseenergia paljudes maamajades peamiseks elektrienergia allikaks.
Pakume kõigile, kes on huvitatud päikesepaneelide valimise ja kasutamise küsimusest, kommenteerimiseks, küsimuste esitamiseks ja aruteludes osalemiseks. Kontaktvorm asub alumises plokis.