Видове слънчеви панели: сравнителен преглед на дизайна и съвети за избор на панели

Алтернативната енергия се развива максимално в Европа, показвайки своите обещания с резултати.Появяват се нови видове слънчеви панели и тяхната ефективност нараства.

Ако искате да осигурите работата на промишлена сграда или жилищно помещение, използвайки слънчева енергия, първо трябва да научите за разликите между оборудването и да разберете кои слънчеви панели са подходящи за климатичните условия на даден регион.

Ние ще ви помогнем да разрешите този проблем. Статията разглежда принципа на работа на фотоелектрическите преобразуватели и предоставя преглед на различните видове слънчеви клетки, като посочва техните характеристики, предимства и недостатъци. След като се запознаете с материала, ще можете да направите правилния избор за организиране на ефективна слънчева система.

Принципът на работа на слънчевите панели

По-голямата част от слънчевите панели във физически смисъл са фотоволтаични преобразуватели. Ефектът на генериране на електричество възниква на мястото на полупроводниковия p-n преход.

Силициевите пластини са в основата на цената на слънчевите панели, но когато ги използвате като денонощен източник на електроенергия, ще трябва да закупите допълнително скъпи батерии

Панелът се състои от две силиконови пластини с различни свойства. Под въздействието на светлината единият от тях развива недостиг на електрони, а другият - излишък от тях.Всяка плоча има медни проводящи ленти, които са свързани към преобразуватели на напрежение.

Индустриален слънчев панел се състои от множество ламинирани фотоволтаични клетки, свързани заедно и монтирани върху гъвкав или твърд субстрат.

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

Всяка година максималната ефективност на различни слънчеви панели се променя нагоре, тъй като милиарди долари се инвестират в изследване на нови фотоволтаични материали (+)

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

Видове фотоелектрични преобразуватели

Индустриалните слънчеви панели се класифицират според техните конструктивни характеристики и вида на работния фотоволтаичен слой.

Има следните типове батерии в зависимост от типа устройство:

• гъвкави панели;
• твърди модули.

Гъвкавите тънкослойни панели постепенно заемат все по-голяма ниша на пазара поради тяхната гъвкавост при монтаж, тъй като те могат да бъдат инсталирани на повечето повърхности с разнообразни архитектурни форми.

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

В зависимост от вида на работния фотоволтаичен слой слънчевите батерии се разделят на следните видове:

1. Силиций: монокристален, поликристален, аморфен.
2. Телур-кадмий.
3. На базата на индий-медно-галиев селенид.
4. Полимер.
5. Био.
6. На основата на галиев арсенид.
7. Комбиниран и многопластов.

Не всички видове слънчеви панели са от интерес за масовия потребител, а само първите два кристални подвида.

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

Силициевите фотоволтаични клетки са доста чувствителни към топлина. Базовата температура за измерване на генерираната мощност е 25°C. При повишаване с един градус ефективността на панелите намалява с 0,45-0,5%.

След това ще бъдат разгледани подробно слънчевите панели, които представляват най-голям потребителски интерес.

Характеристики на силиконови панели

Силиконът за соларни клетки се прави от кварцов прах - смлени кварцови кристали. Най-богатите находища на суровини са в Западен Сибир и Средния Урал, така че перспективите за тази област на слънчевата енергия са почти неограничени.

Дори сега панелите от кристален и аморфен силиций вече заемат повече от 80% от пазара. Ето защо си струва да ги разгледаме по-подробно.

Монокристални силициеви панели

Съвременните монокристални силициеви пластини (mono-Si) имат равномерен тъмносин цвят по цялата повърхност. За производството им се използва най-чистият силиций. Монокристалните слънчеви клетки имат най-високата цена сред всички силициеви пластини, но също така осигуряват най-добра ефективност.

Големите монокристални слънчеви панели с въртящи се механизми се вписват перфектно в пустинни пейзажи. Има условия за максимална продуктивност

Високата цена на производството се дължи на трудността да се ориентират всички силициеви кристали в една и съща посока. Благодарение на тези физични свойства на работния слой, максимална 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 възможно най-перпендикулярна на слънчевите лъчи.

Слоевете силиций с едностранни кристали се изрязват от цилиндричен метален блок, така че готовите фотоволтаични блокове изглеждат като квадрат, заоблен в ъглите.

Предимствата на монокристалните силициеви батерии включват:

1. Висока ефективност със стойност 17-25%.
2. Компактност - по-малка площ на оборудването за единица мощност в сравнение с панелите от поликристален силиций.
3. Издръжливост — осигурява се достатъчна ефективност на производството на електроенергия до 25 години.

Има само два недостатъка на такива батерии:

1. Висока цена и дългосрочно изплащане.
2. Чувствителност към замърсяване. Прахът разсейва светлината, така че ефективността на слънчевите панели, покрити с него, рязко намалява.

Поради необходимостта от пряка слънчева светлина, монокристален инсталиране на слънчеви панели предимно на открити площи или на височини. Колкото по-близо до екватора е района и колкото повече слънчеви дни има, толкова по-предпочитано е да се монтират точно този тип фотоволтаични елементи.

Поликристални слънчеви клетки

Поликристалните силициеви панели (multi-Si) имат син цвят, който е неравномерен по интензитет поради разнообразната ориентация на кристалите. Чистотата на силиция, 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 при еднопосочните кристали, но при облачно време такива панели са по-ефективни.

Хетерогенността на материала също води до намаляване на разходите за производство на силиций. Пречистеният метал за поликристални соларни панели се излива във форми без специални трикове.

При производството се използват специални техники за формиране на кристали, но тяхната посока не се контролира. След охлаждане силицият се нарязва на слоеве и се обработва по специален алгоритъм.

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

През деня при слаба облачност предимствата на слънчевите панели от аморфен силиций няма да бъдат забележими, предимствата им се разкриват само при гъста облачност или на сянка (+)

Предимствата на слънчевите клетки с многопосочни кристали включват:

1. Висока ефективност в условия на дифузна светлина.
2. Възможност за постоянен монтаж по покривите на сградите.
3. По-ниска цена в сравнение с монокристалните панели.
4. Продължителност на операцията — спадът на ефективността след 20 години работа е само 15-20%.

Поликристалните панели също имат недостатъци:

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

Поликристалните соларни панели печелят все по-голям пазарен дял сред останалите силициеви батерии. Това се осигурява от широки потенциални възможности за намаляване на разходите за тяхното производство.Ефективността на такива панели също се увеличава всяка година, като бързо се приближава до 20% за масово произвежданите продукти.

Слънчеви панели от аморфен силиций

Механизмът за производство на слънчеви панели от аморфен силиций е коренно различен от производството на кристални фотоволтаични клетки. Тук не се използва чист неметал, а неговият хидрид, чиито горещи пари се отлагат върху подложката.

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

Отложените слънчеви клетки от аморфен силиций могат да бъдат монтирани върху гъвкав полимерен субстрат или върху твърд стъклен лист

В момента вече има три поколения панели от аморфен силиций, всяка от които значително повишава ефективността. Ако първите фотоволтаични модули са имали ефективност 4-5%, сега на пазара масово се продават модели от второ поколение с ефективност 8-9%.

Най-новите аморфни панели имат ефективност до 12% и вече започват да се появяват в продажба, но все още са доста скъпи.

Благодарение на характеристиките на тази производствена технология е възможно да се създаде слой от силиций както върху твърда, така и върху гъвкава основа. Поради това модулите от аморфен силиций се използват активно в гъвкави тънкослойни слънчеви модули. Но опциите с еластична подложка са много по-скъпи.

Физикохимичната структура на аморфния силиций позволява максимална абсорбция на фотони от слаба разсеяна светлина за генериране на електричество. Следователно такива панели са удобни за използване в северните райони с големи свободни площи.

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

При същата цена на оборудването слънчевите панели от силициев хидрид показват по-висока производителност от своите моно- и поликристални аналогове (+)

Обобщавайки, можем да посочим следните предимства на аморфните слънчеви панели:

1. Универсалност — възможност за производство на гъвкави и тънки панели, монтиране на батерии на всякакви архитектурни форми.
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. Поддържане на производителност в трудни условия — по-малък спад в производителността, когато повърхността е прашна, отколкото при кристалните аналози

Срокът на експлоатация на такива фотоволтаични клетки, започвайки от второ поколение, е 20-25 години при спад на мощността от 15-20%. Единствените недостатъци на панелите от аморфен силиций включват необходимостта от по-големи площи за разполагане на оборудване с необходимата мощност.

Преглед на устройства без силиций

Някои слънчеви панели, направени от редки и скъпи метали, имат ефективност над 30%. Те са няколко пъти по-скъпи от своите силициеви аналози, но въпреки това заемат високотехнологична търговска ниша поради своите специални характеристики.

Слънчеви панели от редки метали

Има няколко типа слънчеви панели от редки метали и не всички от тях са по-ефективни от монокристалните силициеви модули.

Но способността за работа в екстремни условия позволява на производителите на такива слънчеви панели да произвеждат конкурентни продукти и да провеждат допълнителни изследвания.

Панелите от кадмиев телурид се използват активно за облицоване на сгради в екваториалните и арабските страни, където повърхността им се нагрява до 70-80 градуса през деня

Основните сплави, използвани за направата на фотоволтаични клетки, са кадмиев телурид (CdTe), индиево-медно-галиев селенид (CIGS) и медно-индиев селенид (CIS).

Кадмият е токсичен метал, а индият, галият и телурът са доста редки и скъпи, така че масовото производство на слънчеви панели на тяхна основа е дори теоретично невъзможно.

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

Благодарение на стабилната работа на фотоклетки от редки метали при температури от 130-150°C, те се използват в слънчеви топлоелектрически централи. В този случай слънчевите лъчи от десетки или стотици огледала се концентрират върху малък панел, който едновременно генерира електричество и осигурява пренос на топлинна енергия към воден топлообменник.

В резултат на нагряването на водата се образува пара, която кара турбината да се върти и 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, базирани на органични и полимерни съединения, започнаха да се разработват едва през последното десетилетие, но изследователите вече са постигнали значителен напредък.Най-голям напредък бележи европейската компания Хелиатек, която вече е оборудвала няколко високи сгради с органични соларни панели.

Дебелината на структурата на рулонния му филм е HeliaFilm е само 1 мм.

При производството на полимерни панели се използват вещества като въглеродни фулерени, меден фталоцианин, полифенилен и др. Ефективността на такива фотоволтаични клетки вече достига 14-15%, а производствената цена е няколко пъти по-малка от кристалните слънчеви панели.

Остър е въпросът за времето на разграждане на органичния работен слой. Засега не е възможно надеждно да се потвърди нивото на неговата ефективност след няколко години работа.

Предимствата на органичните слънчеви панели са:

• възможност за екологично безопасно изхвърляне;
• ниска себестойност на продукцията;
• гъвкав дизайн.

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

Кой соларен панел да избера?

Изборът на слънчеви панели за селски къщи на географска ширина 45-60 ° не е труден. Тук има само две опции, които си заслужава да бъдат разгледани: поликристални и монокристални силициеви панели.

Ако има недостиг на пространство, по-добре е да се даде предпочитание на по-ефективни модели с едностранна кристална ориентация, ако има неограничена площ, препоръчително е да закупите поликристални батерии.

Не трябва да разчитате на прогнозите на аналитичните компании за развитието на пазара на слънчеви панели, защото най-добрите примери за тях може да не са измислени все още

По-добре е да изберете конкретен производител, необходимата мощност и допълнително оборудване с участието на мениджъри на компании, участващи в продажбата и инсталирането 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 комплект оборудване до ключ, цената на самите слънчеви панели ще бъде само 30-40% от общата сума. Срокът на изплащане на такива проекти е 5-10 години и зависи от нивото на потребление на енергия и възможността за продажба на излишната електроенергия в градската мрежа.

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

Съветваме ви да прочетете:

1. Как да направите слънчева батерия със собствените си ръце: инструкции за самостоятелно сглобяване
2. Слънчеви отоплителни системи: анализ на отоплителни технологии, базирани на слънчеви системи
3. Схема на свързване на соларни панели: към контролера, към акумулатора и обслужваните системи

Изводи и полезно видео по темата

Представените видеоклипове показват работата на различни слънчеви панели в реални условия. Те също така ще ви помогнат да разберете проблемите с избора на свързано оборудване.

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

Видове слънчеви панели:

Тестване на монокристални и поликристални панели:

За населението и малките промишлени съоръжения в момента няма реална алтернатива на панелите от кристален силиций.Но темповете на развитие на нови видове слънчеви панели ни позволяват да се надяваме, че слънчевата енергия скоро ще стане основният източник на електроенергия в много селски къщи.

Каним всички, които се интересуват от въпроса за избора и използването на слънчеви панели, да оставят коментари, да задават въпроси и да участват в дискусии. Формата за контакт се намира в долния блок.