Saules paneļu veidi: salīdzinošs pārskats par dizainu un padomi paneļu izvēlei

Alternatīvā enerģija Eiropā attīstās līdz maksimumam, parādot savu solījumu ar rezultātiem.Parādās jauni saules paneļu veidi un palielinās to efektivitāte.

Ja vēlaties nodrošināt rūpnieciskās ēkas vai dzīvojamo telpu darbību, izmantojot saules enerģiju, vispirms ir jāiepazīstas ar iekārtu atšķirībām un jāsaprot, kuri saules paneļi ir piemēroti konkrētā reģiona klimatiskajiem apstākļiem.

Mēs palīdzēsim jums atrisināt šo problēmu. Rakstā apskatīts fotoelektrisko pārveidotāju darbības princips un sniegts pārskats par dažādiem saules bateriju veidiem, norādot to īpašības, priekšrocības un trūkumus. Pēc iepazīšanās ar materiālu jūs varēsiet izdarīt pareizo izvēli efektīvas saules sistēmas sakārtošanai.

Saules paneļu darbības princips

Lielākā daļa saules paneļu fiziskā nozīmē ir fotoelementu pārveidotāji. Elektrības ģenerējošais efekts rodas pusvadītāju p-n savienojuma vietā.

Saules paneļu izmaksu pamatā ir silīcija vafeles, taču, izmantojot tās kā diennakts elektroenerģijas avotu, papildus būs jāpērk dārgas baterijas

Panelis sastāv no divām silīcija plāksnēm ar dažādām īpašībām. Gaismas ietekmē vienam no tiem rodas elektronu trūkums, bet otrā - to pārpalikums.Katrai plāksnei ir vara vadītāju sloksnes, kas ir savienotas ar sprieguma pārveidotājiem.

Rūpnieciskais saules panelis sastāv no vairākiem laminētiem fotoelementiem, kas savienoti kopā un uzstādīti uz elastīgas vai cietas pamatnes.

Iekārtas efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no silīcija tīrības un tā kristālu orientācijas. Tieši šos parametrus inženieri ir mēģinājuši uzlabot pēdējo desmitgažu laikā. Galvenā problēma ar to ir augstās izmaksas procesiem, kas ir pamatā silīcija attīrīšanai un kristālu izvietojumam vienā virzienā visā panelī.

Katru gadu dažādu saules paneļu maksimālā efektivitāte mainās uz augšu, jo jaunu fotoelementu materiālu izpētē tiek ieguldīti miljardi dolāru (+)

Fotoelektrisko pārveidotāju pusvadītājus var izgatavot ne tikai no silīcija, bet arī no citiem materiāliem - akumulatora darbības princips tas nemainās.

Fotoelektrisko pārveidotāju veidi

Rūpnieciskos saules paneļus klasificē pēc to konstrukcijas iezīmēm un darba fotoelektriskā slāņa veida.

Atkarībā no ierīces veida ir šādi bateriju veidi:

• elastīgi paneļi;
• stingri moduļi.

Elastīgie plānslāņa paneļi pamazām ieņem arvien lielāku nišu tirgū to montāžas daudzpusības dēļ, jo tos var uzstādīt uz vairuma virsmu ar visdažādākajām arhitektūras formām.

Saules paneļu faktiskie raksturlielumi parasti ir zemāki par instrukcijā norādītajiem. Tāpēc pirms to uzstādīšanas mājās vēlams pašam apskatīt līdzīgu pabeigtu projektu.

Atkarībā no darba fotoelektriskā slāņa veida saules baterijas tiek iedalītas šādos veidos:

1. Silīcijs: monokristālisks, polikristālisks, amorfs.
2. Telūrs-kadmijs.
3. Pamatojoties uz indija-vara-gallija selenīdu.
4. Polimērs.
5. Organisks.
6. Pamatojoties uz gallija arsenīdu.
7. Kombinēts un daudzslāņu.

Ne visi saules paneļu veidi interesē vispārējo patērētāju, bet tikai pirmie divi kristāliskie apakštipi.

Lai gan dažiem citiem paneļu veidiem ir augsta efektivitāte, tie netiek plaši izmantoti to augsto izmaksu dēļ.

Silīcija fotoelektriskās šūnas ir diezgan jutīgas pret siltumu. Bāzes temperatūra elektroenerģijas ražošanas mērīšanai ir 25°C. Palielinoties par vienu grādu, paneļu efektivitāte samazinās par 0,45-0,5%.

Tālāk tiks detalizēti apskatīti saules paneļi, kas ir vislielākā patērētāju interese.

Silīcija bāzes paneļu raksturojums

Silīcijs saules baterijām ir izgatavots no kvarca pulvera - samaltiem kvarca kristāliem. Bagātākās izejvielu atradnes ir Rietumsibīrijā un Vidējos Urālos, tāpēc šīs saules enerģijas jomas izredzes ir gandrīz neierobežotas.

Pat tagad kristāliskā un amorfā silīcija paneļi jau aizņem vairāk nekā 80% tirgus. Tāpēc ir vērts tos apsvērt sīkāk.

Monokristāliskā silīcija paneļi

Mūsdienu monokristāliskā silīcija plāksnītēm (mono-Si) ir vienmērīga tumši zila krāsa visā virsmā. To ražošanai tiek izmantots tīrākais silīcijs. Monokristāliskām saules baterijām ir visaugstākā cena starp visām silīcija plāksnēm, taču tās nodrošina arī vislabāko efektivitāti.

Lieli monokristāliski saules paneļi ar rotējošiem mehānismiem lieliski iederas tuksneša ainavās. Ir nosacījumi maksimālai produktivitātei

Augstās ražošanas izmaksas ir saistītas ar grūtībām orientēt visus silīcija kristālus vienā virzienā. Pateicoties šīm darba slāņa fizikālajām īpašībām, maksimālā efektivitāte tiek nodrošināta tikai tad, ja saules stari ir perpendikulāri plāksnes virsmai.

Monokristāliskiem akumulatoriem nepieciešams papildu aprīkojums, kas dienas laikā tos automātiski pagriež, lai paneļu plakne būtu pēc iespējas perpendikulāra saules stariem.

No cilindriska metāla bloka tiek izgriezti silīcija slāņi ar vienpusējiem kristāliem, tāpēc gatavie fotoelektriskie bloki izskatās kā stūros noapaļots kvadrāts.

Monokristāliskā silīcija akumulatoru priekšrocības ietver:

1. Augsta efektivitāte ar vērtību 17-25%.
2. Kompaktums - mazāka aprīkojuma platība uz jaudas vienību, salīdzinot ar polikristāliskā silīcija paneļiem.
3. Izturība — tiek nodrošināta pietiekama elektroenerģijas ražošanas efektivitāte līdz 25 gadiem.

Šādām baterijām ir tikai divi trūkumi:

1. Augsta cena un ilgtermiņa atmaksāšanās.
2. Jutība pret piesārņojumu. Putekļi izkliedē gaismu, tāpēc ar tiem pārklāto saules paneļu efektivitāte krasi samazinās.

Sakarā ar nepieciešamību pēc tiešas saules gaismas, monokristālisks tiek uzstādīti saules paneļi galvenokārt atklātās vietās vai augstumā. Jo tuvāk apgabals atrodas ekvatoram un jo vairāk tajā ir saulainu dienu, jo labāk ir uzstādīt šāda veida fotoelektriskos elementus.

Polikristāliskas saules baterijas

Polikristāliskiem silīcija paneļiem (multi-Si) ir zila krāsa, kuras intensitāte ir nevienmērīga kristālu daudzveidīgās orientācijas dēļ. To ražošanā izmantotā silīcija tīrība ir nedaudz zemāka nekā monokristāliskiem analogiem.

Daudzvirzienu kristāli nodrošina augstu efektivitāti izkliedētā gaismā - 12-18%.Tas ir zemāks nekā vienvirziena kristālos, bet mākoņainā laika apstākļos šādi paneļi ir efektīvāki.

Materiāla neviendabīgums samazina arī silīcija ražošanas izmaksas. Polikristālisko saules paneļu attīrītais metāls tiek liets veidnēs bez īpašiem trikiem.

Ražošanā tiek izmantotas īpašas metodes kristālu veidošanai, taču to virziens netiek kontrolēts. Pēc atdzesēšanas silīciju sagriež slāņos un apstrādā pēc īpaša algoritma.

Polikristāliskiem paneļiem nav nepieciešama pastāvīga orientācija pret sauli, tāpēc to izvietošanai aktīvi tiek izmantoti māju un rūpniecisko ēku jumti.

Dienas laikā ar viegliem mākoņiem no amorfā silīcija izgatavoto saules paneļu priekšrocības nebūs manāmas, to priekšrocības atklājas tikai zem blīviem mākoņiem vai ēnā (+)

Saules bateriju ar daudzvirzienu kristāliem priekšrocības ietver:

1. Augsta efektivitāte izkliedētā apgaismojuma apstākļos.
2. Pastāvīgas uzstādīšanas iespēja uz ēku jumtiem.
3. Zemākas izmaksas salīdzinot ar monokristāliskiem paneļiem.
4. Darbības ilgums — efektivitātes kritums pēc 20 darbības gadiem ir tikai 15-20%.

Polikristāliskiem paneļiem ir arī trūkumi:

1. Samazināta efektivitāte ar vērtību 12-18%.
2. Relatīvais apjomīgums — uz vienu jaudas vienību ir nepieciešams vairāk uzstādīšanas vietas, salīdzinot ar monokristāliskiem analogiem.

Polikristāliskie saules paneļi iegūst arvien lielāku tirgus daļu citu silīcija akumulatoru vidū. To nodrošina plašas iespējas samazināt to ražošanas pašizmaksu.Arī šādu paneļu efektivitāte katru gadu palielinās, masveidā ražotiem produktiem strauji tuvojoties 20%.

Amorfā silīcija saules paneļi

Saules paneļu ražošanas mehānisms no amorfā silīcija būtiski atšķiras no kristālisko fotoelektrisko elementu ražošanas. Šeit tiek izmantots nevis tīrs nemetāls, bet gan tā hidrīds, kura karstie tvaiki tiek nogulsnēti uz pamatnes.

Šīs tehnoloģijas rezultātā neveidojas klasiskie kristāli, un krasi samazinās ražošanas izmaksas.

Uzklātās amorfā silīcija saules baterijas var uzstādīt vai nu uz elastīga polimēra substrāta vai stingras stikla loksnes

Šobrīd jau ir trīs amorfā silīcija paneļu paaudzes, no kurām katra būtiski palielina efektivitāti. Ja pirmajiem fotoelektriskajiem moduļiem bija 4-5% efektivitāte, tagad tirgū plaši tiek pārdoti otrās paaudzes modeļi ar efektivitāti 8-9%.

Jaunāko amorfo paneļu efektivitāte ir līdz 12%, un tie jau sāk parādīties pārdošanā, taču tie joprojām ir diezgan dārgi.

Pateicoties šīs ražošanas tehnoloģijas īpatnībām, ir iespējams izveidot silīcija slāni gan uz stingras, gan elastīgas pamatnes. Šī iemesla dēļ amorfā silīcija moduļi tiek aktīvi izmantoti elastīgos plānslāņa saules moduļos. Bet opcijas ar elastīgu pamatni ir daudz dārgākas.

Amorfā silīcija fizikāli ķīmiskā struktūra ļauj maksimāli absorbēt vājas izkliedētas gaismas fotonus, lai radītu elektroenerģiju. Tāpēc šādus paneļus ir ērti izmantot ziemeļu reģionos ar lielām brīvām platībām.

Bateriju, kuru pamatā ir amorfs silīcijs, efektivitāte nesamazinās pat augstā temperatūrā, lai gan tie šajā parametrā ir zemāki par gallija arsenīda paneļiem.

Ar tādām pašām aprīkojuma izmaksām silīcija hidrīda saules paneļi uzrāda labāku veiktspēju nekā to mono- un polikristāliskie kolēģi (+)

Apkopojot, mēs varam norādīt uz šādām amorfo saules paneļu priekšrocībām:

1. Daudzpusība — iespēja izgatavot elastīgus un plānus paneļus, montējot baterijas uz jebkuras arhitektūras formas.
2. Augsta efektivitāte izkliedētā gaismā.
3. Stabils darbs augstā temperatūrā.
4. Dizaina vienkāršība un uzticamība. Šādi paneļi praktiski neplīst.
5. Veiktspējas uzturēšana sarežģītos apstākļos — mazāks veiktspējas kritums, ja virsma ir putekļaina, nekā ar kristāliskajiem analogiem

Šādu fotoelementu kalpošanas laiks, sākot no otrās paaudzes, ir 20-25 gadi ar jaudas kritumu 15-20%. Vienīgie amorfā silīcija paneļu trūkumi ir nepieciešamība pēc lielākiem laukumiem, lai novietotu nepieciešamās jaudas iekārtas.

Pārskats par ierīcēm, kas nesatur silīciju

Dažiem saules paneļiem, kas izgatavoti no retiem un dārgiem metāliem, efektivitāte pārsniedz 30%. Tie ir vairākas reizes dārgāki nekā to silīcija kolēģi, taču to īpašo īpašību dēļ joprojām ieņem augsto tehnoloģiju tirdzniecības nišu.

Reti metāla saules paneļi

Ir vairāki reto metālu saules paneļu veidi, un ne visi no tiem ir efektīvāki par monokristāliskā silīcija moduļiem.

Taču spēja darboties ekstremālos apstākļos ļauj šādu saules paneļu ražotājiem ražot konkurētspējīgus produktus un veikt turpmākus pētījumus.

Kadmija telurīda paneļi tiek aktīvi izmantoti ēku apšuvumam ekvatoriālās un Arābijas valstīs, kur to virsma dienas laikā uzsilst līdz 70-80 grādiem

Galvenie sakausējumi, ko izmanto fotoelektrisko elementu ražošanā, ir kadmija telurīds (CdTe), indija vara gallija selenīds (CIGS) un vara indija selenīds (CIS).

Kadmijs ir toksisks metāls, un indijs, gallijs un telūrs ir diezgan reti un dārgi, tāpēc uz tiem balstītu saules paneļu masveida ražošana ir pat teorētiski neiespējama.

Šādu paneļu efektivitāte ir 25-35% līmenī, lai gan izņēmuma gadījumos tā var sasniegt pat 40%. Iepriekš tās galvenokārt tika izmantotas kosmosa industrijā, bet tagad ir parādījies jauns daudzsološs virziens.

Tā kā fotoelementi, kas izgatavoti no retajiem metāliem, stabili darbojas 130-150°C temperatūrā, tos izmanto saules termoelektrostacijās. Šajā gadījumā saules stari no desmitiem vai simtiem spoguļu tiek koncentrēti uz neliela paneļa, kas vienlaikus ģenerē elektrību un nodrošina siltumenerģijas pārnesi uz ūdens siltummaini.

Ūdens sildīšanas rezultātā veidojas tvaiks, kas liek turbīnai griezties un ģenerēt elektrību. Tādā veidā saules enerģija tiek pārveidota elektroenerģijā vienlaikus divos veidos ar maksimālu efektivitāti.

Polimēri un organiskie analogi

Fotoelektriskos moduļus uz organisko un polimēru savienojumu bāzes sāka izstrādāt tikai pēdējā desmitgadē, taču pētnieki jau ir panākuši ievērojamu progresu.Eiropas uzņēmums demonstrē vislielāko progresu Heliatek, kas jau ir aprīkojis vairākas augstceltnes ar organiskajiem saules paneļiem.

Tās ruļļa plēves struktūras biezums ir HeliaFilma ir tikai 1 mm.

Polimēru paneļu ražošanā tiek izmantotas tādas vielas kā oglekļa fullerēni, vara ftalocianīns, polifenilēns un citas. Šādu fotoelektrisko elementu efektivitāte jau sasniedz 14-15%, un ražošanas izmaksas ir vairākas reizes mazākas nekā kristāliskajiem saules paneļiem.

Akūts ir jautājums par organiskā darba slāņa noārdīšanās laiku. Pagaidām nav iespējams droši apstiprināt tā efektivitātes līmeni pēc vairāku gadu darbības.

Organisko saules paneļu priekšrocības ir:

• videi drošas likvidēšanas iespēja;
• zemas ražošanas izmaksas;
• elastīgs dizains.

Šādu fotoelektrisko elementu trūkumi ietver salīdzinoši zemo efektivitāti un uzticamas informācijas trūkumu par paneļu stabilas darbības periodiem. Iespējams, ka pēc 5-10 gadiem izzudīs visi organisko saules bateriju mīnusi, un tie kļūs par nopietniem konkurentiem silīcija plāksnēm.

Kuru saules paneli izvēlēties?

Saules paneļu izvēle lauku mājām 45-60° platuma grādos nav grūta. Šeit ir vērts apsvērt tikai divas iespējas: polikristāliskos un monokristāliskos silīcija paneļus.

Ja trūkst vietas, labāk ir dot priekšroku efektīvākiem modeļiem ar vienpusēju kristāla orientāciju, ja ir neierobežota platība, ieteicams iegādāties polikristāliskos akumulatorus.

Nevajadzētu paļauties uz analītisko uzņēmumu prognozēm par saules paneļu tirgus attīstību, jo labākie to piemēri, iespējams, vēl nav izdomāti

Labāk ir izvēlēties konkrētu ražotāju, nepieciešamo jaudu un papildu aprīkojumu, piedaloties uzņēmumu vadītājiem, kas iesaistīti šādu iekārtu pārdošanā un uzstādīšanā. Jums jāzina, ka lielāko ražotāju fotoelementu moduļu kvalitāte un cena atšķiras maz.

Jāņem vērā, ka pasūtot pabeigto iekārtu komplektu paši saules paneļi būs tikai 30-40% no kopējās summas. Šādu projektu atmaksāšanās laiks ir 5-10 gadi, un tas ir atkarīgs no enerģijas patēriņa līmeņa un iespējas pārdot lieko elektroenerģiju pilsētas elektrotīklam.

Daži amatnieki dod priekšroku saules paneļu montāžai ar savām rokām. Mūsu mājaslapā ir raksti ar detalizētu aprakstu par šādu paneļu ražošanas tehnoloģiju, to pieslēgšanu un saules apkures sistēmu izvietojumu.

Mēs iesakām izlasīt:

1. Kā ar savām rokām izgatavot saules bateriju: instrukcijas pašmontāžai
2. Saules apkures sistēmas: uz saules sistēmām balstītu apkures tehnoloģiju analīze
3. Saules paneļu pieslēguma shēma: uz kontrolieri, ar akumulatoru un apkalpotajām sistēmām

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Piedāvātie video parāda dažādu saules paneļu darbību reālos apstākļos. Tie arī palīdzēs izprast saistītā aprīkojuma izvēles jautājumus.

Saules paneļu un saistīto iekārtu izvēles noteikumi:

Saules paneļu veidi:

Monokristālisko un polikristālisko paneļu pārbaude:

Iedzīvotājiem un mazām rūpnieciskajām iekārtām pašlaik nav reālas alternatīvas kristāliskā silīcija paneļiem.Taču jaunu saules paneļu veidu attīstības tempi ļauj cerēt, ka drīzumā saules enerģija kļūs par galveno elektroenerģijas avotu daudzās lauku mājās.

Aicinām ikvienu, kuru interesē saules paneļu izvēles un lietošanas jautājums, komentēt, uzdot jautājumus un piedalīties diskusijās. Kontaktforma atrodas apakšējā blokā.