Tipuri de panouri solare: o revizuire comparativă a design-urilor și sfaturi pentru alegerea panourilor

Energia alternativă se dezvoltă la maximum în Europa, arătându-și promisiunea cu rezultate.Apar noi tipuri de panouri solare și eficiența acestora crește.

Dacă doriți să asigurați funcționarea unei clădiri industriale sau a unei spații rezidențiale folosind energie solară, trebuie mai întâi să aflați despre diferențele dintre echipamente și să înțelegeți ce panouri solare sunt potrivite pentru condițiile climatice ale unei anumite regiuni.

Vă vom ajuta să rezolvați această problemă. Articolul discută principiul de funcționare al convertoarelor fotoelectrice și oferă o privire de ansamblu asupra diferitelor tipuri de celule solare indicând caracteristicile, avantajele și dezavantajele acestora. După ce te-ai familiarizat cu materialul, vei putea face alegerea potrivită pentru amenajarea unui sistem solar eficient.

Principiul de funcționare a panourilor solare

Marea majoritate a panourilor solare sunt, în sens fizic, convertoare fotovoltaice. Efectul de generare electrică are loc la locul joncțiunii p-n semiconductoare.

Vaferele de siliciu stau la baza costului panourilor solare, dar atunci când le folosiți ca sursă de energie electrică non-stop, va trebui să cumpărați suplimentar baterii scumpe.

Panoul este format din două plachete de siliciu cu proprietăți diferite. Sub influența luminii, unul dintre ei dezvoltă o lipsă de electroni, iar celălalt - un exces al acestora.Fiecare placă are benzi conductoare de cupru care sunt conectate la convertoare de tensiune.

Un panou solar industrial constă din mai multe celule fotovoltaice laminate legate între ele și montate pe un substrat flexibil sau rigid.

Eficiența echipamentului depinde în mare măsură de puritatea siliciului și de orientarea cristalelor acestuia. Acești parametri au încercat să-i îmbunătățească inginerii în ultimele decenii. Principala problemă cu aceasta este costul ridicat al proceselor care stau la baza purificării siliciului și aranjarea cristalelor într-o singură direcție pe tot panoul.

În fiecare an, eficiența maximă a diferitelor panouri solare se modifică în sus, deoarece sunt investite miliarde de dolari în cercetarea de noi materiale fotovoltaice (+)

Semiconductorii convertoarelor fotoelectrice pot fi fabricați nu numai din siliciu, ci și din alte materiale - principiul de funcționare a bateriei nu se schimba.

Tipuri de convertoare fotoelectrice

Panourile solare industriale sunt clasificate în funcție de caracteristicile lor de proiectare și de tipul de strat fotovoltaic de lucru.

Există aceste tipuri de baterii în funcție de tipul de dispozitiv:

• panouri flexibile;
• module rigide.

Panourile flexibile cu peliculă subțire ocupă treptat o nișă din ce în ce mai mare pe piață datorită versatilității lor de montare, deoarece pot fi instalate pe majoritatea suprafețelor cu o varietate de forme arhitecturale.

Caracteristicile reale ale panourilor solare sunt de obicei mai mici decât cele indicate în instrucțiuni. Prin urmare, înainte de a le instala acasă, este indicat să vedeți singur un proiect similar finalizat.

În funcție de tipul de strat fotovoltaic de lucru, bateriile solare sunt împărțite în următoarele tipuri:

1. Siliciu: monocristalin, policristalin, amorf.
2. Telur-cadmiu.
3. Pe baza de seleniura de indiu-cupru-galiu.
4. Polimer.
5. Organic.
6. Pe baza de arseniura de galiu.
7. Combinat și multistratificat.

Nu toate tipurile de panouri solare sunt de interes pentru consumatorul general, ci doar primele două subtipuri cristaline.

Deși alte tipuri de panouri au o eficiență ridicată, acestea nu sunt utilizate pe scară largă datorită costului lor ridicat.

Celulele fotovoltaice din siliciu sunt destul de sensibile la căldură. Temperatura de bază pentru măsurarea producerii de energie este de 25°C. Când crește cu un grad, eficiența panourilor scade cu 0,45-0,5%.

În continuare, vor fi discutate în detaliu panourile solare care prezintă cel mai mare interes pentru consumatori.

Caracteristicile panourilor pe bază de siliciu

Siliciul pentru celule solare este fabricat din pulbere de cuarț - cristale de cuarț măcinate. Cele mai bogate zăcăminte de materii prime se află în Siberia de Vest și Uralul Mijlociu, astfel încât perspectivele pentru această zonă de energie solară sunt aproape nelimitate.

Chiar și acum, panourile din siliciu cristalin și amorf ocupă deja peste 80% din piață. Prin urmare, merită să le luați în considerare mai detaliat.

Panouri din silicon monocristalin

Plachetele moderne de siliciu monocristalin (mono-Si) au o culoare albastru închis uniform pe întreaga suprafață. Pentru producerea lor se folosește cel mai pur siliciu. Celulele solare monocristaline au cel mai mare preț dintre toate plachetele de siliciu, dar oferă și cea mai bună eficiență.

Panourile solare monocristaline mari cu mecanisme rotative se potrivesc perfect în peisajele deșertice. Există condiții pentru o productivitate maximă

Costul ridicat de producție se datorează dificultății de a orienta toate cristalele de siliciu în aceeași direcție. Datorită acestor proprietăți fizice ale stratului de lucru, eficiența maximă este asigurată doar atunci când razele solare sunt perpendiculare pe suprafața plăcii.

Bateriile monocristaline necesită echipamente suplimentare care le rotesc automat în timpul zilei, astfel încât planul panourilor să fie cât mai perpendicular pe razele soarelui.

Straturile de siliciu cu cristale cu o singură față sunt tăiate dintr-un bloc cilindric de metal, astfel încât blocurile fotovoltaice finisate arată ca un pătrat rotunjit la colțuri.

Avantajele bateriilor cu siliciu monocristalin includ:

1. Eficiență ridicată cu o valoare de 17-25%.
2. Compactitate - suprafata de echipare mai mica pe unitatea de putere in comparatie cu panourile din siliciu policristalin.
3. Durabilitate — este asigurată o eficiență suficientă a producerii de energie electrică pe o perioadă de până la 25 de ani.

Există doar două dezavantaje la astfel de baterii:

1. Preț mare și rambursare pe termen lung.
2. Sensibilitate la poluare. Praful împrăștie lumina, astfel încât eficiența panourilor solare acoperite cu acesta scade brusc.

Datorită nevoii de lumina directă a soarelui, monocristalină se instalează panouri solare în principal în zone deschise sau la înălţime. Cu cât zona este mai aproape de ecuator și cu cât are mai multe zile însorite, cu atât este mai de preferat să instalați acest tip special de elemente fotovoltaice.

Celule solare policristaline

Panourile din siliciu policristalin (multi-Si) au o culoare albastră care este neuniformă ca intensitate datorită orientării diversificate a cristalelor. Puritatea siliciului utilizat în producerea lor este puțin mai mică decât cea a analogilor monocristalini.

Cristalele multidirecționale oferă o eficiență ridicată în lumină difuză - 12-18%.Este mai scăzut decât în ​​cristalele unidirecționale, dar în condiții de vreme înnorată astfel de panouri sunt mai eficiente.

Eterogenitatea materialului duce, de asemenea, la o reducere a costului de producție a siliciului. Metalul purificat pentru panourile solare policristaline este turnat în matrițe fără trucuri speciale.

În producție, se folosesc tehnici speciale pentru a forma cristale, dar direcționalitatea lor nu este controlată. După răcire, siliciul este tăiat în straturi și procesat conform unui algoritm special.

Panourile policristaline nu necesită o orientare constantă spre soare, astfel încât acoperișurile caselor și clădirilor industriale sunt utilizate în mod activ pentru amplasarea lor.

În timpul zilei, cu nori ușori, avantajele panourilor solare din siliciu amorf nu vor fi observate; avantajele lor se dezvăluie doar sub nori denși sau la umbră (+)

Avantajele celulelor solare cu cristale multidirecționale includ:

1. Eficiență ridicată în condiții de lumină difuză.
2. Posibilitate de instalare permanenta pe acoperișurile clădirilor.
3. Cost scăzut comparativ cu panourile monocristaline.
4. Durata de funcționare — scăderea eficienței după 20 de ani de funcționare este de doar 15-20%.

Panourile policristaline au, de asemenea, dezavantaje:

1. Eficiență redusă cu o valoare de 12-18%.
2. Volumul relativ — este necesar mai mult spațiu de instalare pe unitate de putere în comparație cu analogii monocristalini.

Panourile solare policristaline câștigă o cotă de piață tot mai mare în rândul altor baterii cu siliciu. Acest lucru este asigurat de oportunități potențiale largi de reducere a costurilor de producție.Eficiența unor astfel de panouri crește, de asemenea, în fiecare an, apropiindu-se rapid de 20% pentru produsele produse în serie.

Panouri solare din siliciu amorf

Mecanismul de producere a panourilor solare din siliciu amorf este fundamental diferit de producerea celulelor fotovoltaice cristaline. Aici nu se folosește un nemetal pur, ci hidrura sa, ai cărei vapori fierbinți se depun pe substrat.

Ca urmare a acestei tehnologii, cristalele clasice nu se formează, iar costurile de producție sunt reduse drastic.

Celulele solare de siliciu amorf depuse pot fi montate fie pe un substrat polimeric flexibil, fie pe o foaie de sticlă rigidă

În acest moment, există deja trei generații de panouri de siliciu amorf, fiecare dintre ele crește semnificativ eficiența. Dacă primele module fotovoltaice au avut o eficiență de 4-5%, acum modelele din a doua generație cu o eficiență de 8-9% sunt vândute pe scară largă pe piață.

Cele mai noi panouri amorfe au o eficiență de până la 12% și deja încep să apară la vânzare, dar sunt încă destul de scumpe.

Datorită caracteristicilor acestei tehnologii de producție, este posibil să se creeze un strat de siliciu atât pe un substrat rigid, cât și pe un substrat flexibil. Din acest motiv, modulele de siliciu amorf sunt utilizate în mod activ în modulele solare flexibile cu peliculă subțire. Dar opțiunile cu suport elastic sunt mult mai scumpe.

Structura fizico-chimică a siliciului amorf permite absorbția maximă a fotonilor luminii slab dispersate pentru a genera electricitate. Prin urmare, astfel de panouri sunt convenabile pentru utilizare în regiunile nordice cu suprafețe libere mari.

Eficiența bateriilor pe bază de siliciu amorf nu scade nici la temperaturi ridicate, deși sunt inferioare în acest parametru față de panourile cu arseniură de galiu.

La același cost de echipament, panourile solare cu hidrură de siliciu prezintă performanțe mai mari decât omologii lor mono- și policristalini (+)

Pentru a rezuma, putem sublinia următoarele avantaje ale panourilor solare amorfe:

1. Versatilitate — capacitatea de a fabrica panouri flexibile și subțiri, montând baterii pe orice formă arhitecturală.
2. Eficiență ridicată în lumină difuză.
3. Muncă stabilă la temperaturi ridicate.
4. Simplitatea și fiabilitatea designului. Astfel de panouri practic nu se sparg.
5. Menținerea performanței în condiții dificile — mai puțină scădere a performanței atunci când suprafața este prăfuită decât în ​​cazul analogilor cristalini

Durata de viață a unor astfel de celule fotovoltaice, începând cu a doua generație, este de 20-25 de ani cu o scădere a puterii de 15-20%. Singurele dezavantaje ale panourilor de siliciu amorf includ necesitatea unor suprafețe mai mari pentru a găzdui echipamente cu puterea necesară.

Prezentare generală a dispozitivelor fără siliciu

Unele panouri solare, realizate din metale rare și scumpe, au o eficiență de peste 30%. Sunt de câteva ori mai scumpe decât omologii lor din siliciu, dar totuși ocupă o nișă de tranzacționare de înaltă tehnologie datorită caracteristicilor lor speciale.

Panouri solare metalice rare

Există mai multe tipuri de panouri solare din metal rare și nu toate sunt mai eficiente decât modulele de siliciu monocristalin.

Cu toate acestea, capacitatea de a funcționa în condiții extreme permite producătorilor de astfel de panouri solare să producă produse competitive și să efectueze cercetări suplimentare.

Panourile cu telurura de cadmiu sunt utilizate în mod activ pentru placarea clădirilor în țările ecuatoriale și arabe, unde suprafața lor se încălzește până la 70-80 de grade în timpul zilei.

Principalele aliaje utilizate pentru fabricarea celulelor fotovoltaice sunt telurura de cadmiu (CdTe), seleniura de indiu cupru galiu (CIGS) și seleniura de cupru indiu (CIS).

Cadmiul este un metal toxic, iar indiul, galiul și telurul sunt destul de rare și scumpe, așa că producția în masă a panourilor solare pe baza acestora este chiar teoretic imposibilă.

Eficiența unor astfel de panouri este la nivelul de 25-35%, deși în cazuri excepționale poate ajunge până la 40%. Anterior, erau folosite în principal în industria spațială, dar acum a apărut o nouă direcție promițătoare.

Datorita functionarii stabile a fotocelulelor din metale rare la temperaturi de 130-150°C, acestea sunt utilizate in centralele solare termice. În acest caz, razele soarelui de la zeci sau sute de oglinzi sunt concentrate pe un mic panou, care generează simultan energie electrică și asigură transferul energiei termice către un schimbător de căldură cu apă.

Ca urmare a încălzirii apei, se formează abur, care face ca turbina să se rotească și să genereze electricitate. In acest fel, energia solara este transformata in energie electrica simultan in doua moduri cu eficienta maxima.

Polimeri și analogi organici

Modulele fotovoltaice bazate pe compuși organici și polimerici au început să fie dezvoltate abia în ultimul deceniu, dar cercetătorii au făcut deja progrese semnificative.Compania europeană demonstrează cel mai mare progres Heliatek, care a echipat deja mai multe clădiri înalte cu panouri solare organice.

Grosimea structurii filmului rulou este HeliaFilm este de numai 1 mm.

În producția de panouri polimerice se folosesc substanțe precum fulerenele de carbon, ftalocianina de cupru, polifenilena și altele. Eficiența unor astfel de celule fotovoltaice ajunge deja la 14-15%, iar costul de producție este de câteva ori mai mic decât panourile solare cristaline.

Problema timpului de degradare a stratului organic de lucru este acută. Până acum, nu este posibil să se confirme în mod fiabil nivelul eficienței sale după câțiva ani de funcționare.

Avantajele panourilor solare organice sunt:

• posibilitatea de eliminare sigură pentru mediu;
• cost redus de producție;
• design flexibil.

Dezavantajele unor astfel de celule fotovoltaice includ eficiența relativ scăzută și lipsa de informații fiabile despre perioadele de funcționare stabilă a panourilor. Este posibil ca în 5-10 ani să dispară toate dezavantajele celulelor solare organice, iar acestea să devină concurenți serioși pentru napolitanele de siliciu.

Ce panou solar sa alegi?

Alegerea panourilor solare pentru case de țară la o latitudine de 45-60° nu este dificilă. Există doar două opțiuni care merită luate în considerare aici: panouri de siliciu policristalin și monocristalin.

Dacă există o lipsă de spațiu, este mai bine să acordați preferință modelelor mai eficiente cu orientare unilaterală a cristalului; dacă există o zonă nelimitată, se recomandă achiziționarea de baterii policristaline.

Nu ar trebui să vă bazați pe previziunile companiilor analitice pentru dezvoltarea pieței panourilor solare, deoarece cele mai bune exemple ale acestora s-ar putea să nu fi fost inventate încă

Este mai bine să alegeți un anumit producător, puterea necesară și echipamentul suplimentar cu participarea managerilor companiilor implicate în vânzarea și instalarea unui astfel de echipament. Trebuie să știți că calitatea și prețul modulelor fotovoltaice de la cei mai mari producători diferă puțin.

Trebuie avut în vedere că la comandarea unui set de echipamente la cheie, costul panourilor solare în sine va fi de doar 30-40% din suma totală. Perioada de rambursare pentru astfel de proiecte este de 5-10 ani și depinde de nivelul consumului de energie și de posibilitatea de a vinde excesul de energie electrică la rețeaua orașului.

Unii meșteri preferă să asambleze panourile solare cu propriile mâini. Pe site-ul nostru există articole cu o descriere detaliată a tehnologiei de fabricație a unor astfel de panouri, conectarea acestora și aranjarea sistemelor de încălzire solară.

Vă sfătuim să citiți:

1. Cum să faci o baterie solară cu propriile mâini: instrucțiuni pentru auto-asamblare
2. Sisteme de încălzire solară: analiza tehnologiilor de încălzire bazate pe sisteme solare
3. Schema de conectare pentru panouri solare: la controler, la baterie și la sistemele de service

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipurile prezentate arată funcționarea diferitelor panouri solare în condiții reale. De asemenea, vă vor ajuta să înțelegeți problemele legate de alegerea echipamentelor aferente.

Reguli pentru alegerea panourilor solare și a echipamentelor aferente:

Tipuri de panouri solare:

Testarea panourilor monocristaline și policristaline:

Pentru populație și instalațiile industriale mici, în prezent nu există o alternativă reală la panourile de siliciu cristalin.Dar ritmul de dezvoltare a noilor tipuri de panouri solare ne permite să sperăm că energia solară va deveni în curând principala sursă de energie electrică în multe case de țară.

Invităm pe toți cei interesați de problema alegerii și folosirii panourilor solare să lase comentarii, să pună întrebări și să participe la discuții. Formularul de contact este situat în blocul inferior.