Vaihtoehtoista energiaa kehitetään mahdollisimman paljon Euroopassa, mikä osoittaa lupaustensa tulokset. Uusia aurinkopaneeleja ilmestyy, niiden tehokkuus kasvaa.
Jos haluat varmistaa teollisuusrakennuksen tai asuinrakennuksen toiminnan aurinkoenergian takia, sinun on ensin opittava laiteeroista, ymmärrettävä, mitkä aurinkopaneelit sopivat tietyn alueen ilmasto-olosuhteisiin.
Autamme ymmärtämään tätä asiaa. Artikkelissa kuvataan aurinkosähkömuuntajien toimintaperiaate, annetaan yleiskuva erityyppisistä aurinkopaneeleista ja ilmoitetaan niiden ominaisuudet, edut ja haitat. Kun olet tarkistanut materiaalin, voit tehdä oikean valinnan tehokkaan aurinkokunnan järjestämiseksi.
Aurinkopaneelien toimintaperiaate
Suurin osa fyysisessä mielessä aurinkopaneeleista on valosähkömuuntajia. Sähköntuotantovaikutus tapahtuu puolijohde-pn-liitoskohdassa.
Aurinkopaneelien kustannukset ovat perustana piikiekkoille, mutta kun niitä käytetään ympäri vuorokauden tapahtuvana sähkönlähteenä, joudut lisäksi ostamaan kalliita akkuja
Paneeli koostuu kahdesta pii-kiekosta, joilla on erilaiset ominaisuudet. Valon vaikutuksesta yhdessä niistä puuttuu elektroneja ja toisessa - niiden ylimäärä. Jokaisessa levyssä on kuparinkeräysnauhat, jotka liitetään jännitemuuntajiin.
Teollinen aurinkopaneeli koostuu monista laminoiduista aurinkosähkökennoista, jotka on kiinnitetty toisiinsa ja kiinnitetty joustavalle tai jäykälle alustalle.
Laitteiden tehokkuus riippuu suuresti piin puhtaudesta ja sen kiteiden suunnasta. Juuri näitä parametreja insinöörit ovat yrittäneet parantaa viime vuosikymmeninä. Suurin ongelma tässä tapauksessa on piin puhdistuksen taustalla olevien prosessien korkeat kustannukset ja kiteiden sijainti yhdessä suunnassa koko paneelissa.
Joka vuosi eri aurinkopaneelien maksimitehokkuus muuttuu ylöspäin, koska miljardeja dollareita investoidaan uusien aurinkosähköisten materiaalien tutkimukseen (+)
Valosähkömuuntimien puolijohteet voidaan valmistaa paitsi piistä myös muista materiaaleista - akun toimintaperiaate ei muutu.
Valosähkömuuntimien tyypit
Teollisuuden aurinkopaneelit luokitellaan suunnitteluominaisuuksiensa ja toimivan aurinkopaneelin tyypin mukaan.
Erota nämä akkutyypit laitetyypeittäin:
- joustavat paneelit;
- jäykät moduulit.
Joustavat ohutkalvolevyt miehittävät vähitellen suuremman markkinaraon niiden monipuolisuuden vuoksi, koska voit asentaa ne useimmille pinnoille, joissa on useita arkkitehtuurimuotoja.
Aurinkopaneelien todelliset ominaisuudet ovat yleensä alhaisemmat kuin ohjeissa ilmoitetut. Siksi, ennen kuin asennat ne kotona, on suositeltavaa nähdä itse samanlainen valmistunut projekti
Toimivan aurinkosähkökerroksen tyypin mukaan aurinkoakut jaetaan seuraaviin lajikkeisiin:
- Pii: yksikristalli, monikiteinen, amorfinen.
- Telluur kadmium.
- Perustuu indium-kupari-galliumselenidiin.
- Polymeeri.
- Luomu
- Perustuu gallium-arsenidiin.
- Yhdistetty ja monikerroksinen.
Kuluttajat eivät kiinnosta kaikkia tyyppejä aurinkopaneeleja, vaan vain kahta ensimmäistä kiteistä alalajia.
Vaikka joillakin muun tyyppisillä paneeleilla on korkea hyötysuhde, mutta korkeiden kustannusten vuoksi niitä ei käytetä laajasti.
kuvagalleria
Kuva
Monositeisten aurinkokennojen ryhmä
Piin monikiteinen aurinkopaneeli
Aurinkopaneeli kalvon muodossa
Indium-kupari-galliumseleniidistä peräisin olevat aurinkokennot
Gallium-arsenide-valokenno
Kadmiumtelluridi aurinkopaneelit
Orgaanisten aurinkopaneelien tuotanto
Polyesteri aurinkopaneeli
Pii aurinkosähkökennot ovat melko herkkiä lämmölle. Peruslämpötila sähköntuotannon mittaamiseksi on 25 ° C. Kun sitä nostetaan yhdellä asteella, paneelien hyötysuhde laskee 0,45–0,5%.
Seuraavaksi tutkitaan yksityiskohtaisesti aurinkopaneeleja, jotka ovat kuluttajien kannalta eniten kiinnostavia.
Piipohjaisten paneelien ominaisuudet
Aurinkopaneelien piitä valmistetaan kvartsijauheella - murskattuja kvartsikiteitä. Raaka-aineiden rikkaimmat talletukset ovat Länsi-Siperiassa ja Keski-Uralissa, joten tämän aurinkoenergian alueen näkymät ovat melkein rajattomat.
Kiteiset ja amorfiset piipaneelit hallitsevat jo nyt yli 80% markkinoista. Siksi niitä kannattaa harkita tarkemmin.
Yksikiteiset piipaneelit
Nykyaikaisilla yksikiteisillä piikiekkoilla (mono-Si) on tasainen tummansininen väri koko pinnalla. Niiden tuotantoon käytetään puhtainta piitä. Monikiteisillä valosoluilla kaikissa piikiekkoissa on korkein hinta, mutta ne tarjoavat myös parhaan tehokkuuden.
Suuret pyörömekanismeilla varustetut aurinkopaneelit sopivat täydellisesti autiomaisemaan. Se tarjoaa edellytykset maksimaaliselle tuottavuudelle.
Korkeat tuotantokustannukset johtuvat vaikeudesta suunnata kaikkia piikiteitä yhteen suuntaan. Tällaisista työkerroksen fysikaalisista ominaisuuksista johtuen maksimaalinen tehokkuus taataan vain, kun auringonvalo on kohtisuorassa levyn pintaan nähden.
Monikiteiset akut vaativat lisälaitteita, jotka pyörittävät niitä automaattisesti päivän aikana niin, että paneelien taso on mahdollisimman kohtisuorassa auringonsäteitä vastaan.
Pienkerrokset, joissa on yksipuoliset orientoidut kiteet, leikataan lieriömäisestä metallitangosta, joten valmiin aurinkosähkön lohkojen muoto on pyöristetty neliö.
Yksikiteisten piiparistojen etuja ovat:
- Korkea hyötysuhde arvolla 17-25%.
- tiiviyttä - vähemmän laitteiden sijoittelua tehoyksikköä kohti verrattuna monikiteisiin piipaneeleihin.
- Kestävyys - riittävä sähköntuotannon hyötysuhde saavutetaan jopa 25 vuodeksi.
Tällaisilla akkuilla on vain kaksi haittaa:
- Korkea hinta ja pitkä takaisinmaksuaika.
- Herkkyys pilaantumiseen. Pöly hajottaa valoa, joten siihen päällystettyjen aurinkopaneelien hyötysuhde laskee jyrkästi.
Suoran auringonvalon tarpeen takia yksikristalliset aurinkopaneelit asennetaan pääasiassa avoimille alueille tai korkeudelle. Mitä lähempänä aluetta on päiväntasaaja ja mitä aurinkoisempia päiviä siinä on, sitä edullisempaa on asentaa tämäntyyppiset aurinkokennot.
Monikiteiset aurinkopaneelit
Monikiteisillä piipaneeleilla (multi-Si) on epätasainen sininen väri johtuen kiteiden monipuolisesta suunnasta. Niiden valmistuksessa käytetyn piin puhtaus on hiukan alhaisempi kuin yksikideanalogien.
Kiteiden monisuuntaisuus tarjoaa korkean hyötysuhteen sironneella valolla - 12-18%. Se on alhaisempi kuin yksisuuntaisissa kiteissä, mutta pilvisissä olosuhteissa sellaiset paneelit ovat tehokkaampia.
Materiaalin heterogeenisyys johtaa myös piintuotannon kustannusten laskuun. Monikiteisten aurinkopaneelien puhdistettu metalli kaadetaan muotteihin ilman erityisiä temppuja.
Tuotannossa kiteiden muodostamiseen käytetään erikoistekniikoita, mutta niiden suuntaa ei hallita. Jäähdytyksen jälkeen pii leikataan kerroksiksi ja prosessoidaan erityisen algoritmin mukaisesti.
Monikiteiset paneelit eivät vaadi jatkuvaa suuntautumista aurinkoon, joten niiden sijoittamiseen käytetään aktiivisesti talojen ja teollisuusrakennusten kattoja.
Päivän aikana pilvistä pilvistä amorfisen piin aurinkopaneelien edut eivät ole havaittavissa, niiden edut paljastuvat vain tiheillä pilvilla tai varjossa (+)
Monisuuntaisilla kiteillä varustettujen aurinkopaneelien etuihin kuuluu:
- Korkea hyötysuhde ympäristön valossa.
- Kiinteän asennuksen mahdollisuus rakennusten katolla.
- Alempi kustannus verrattuna monokiteisiin paneeleihin.
- Operaation kesto - Tehokkuuden lasku 20 vuoden käytön jälkeen on vain 15-20%.
Monikiteisten paneelien haittoja on myös saatavana:
- Matala hyötysuhde arvolla 12-18%.
- Suhteellinen massa - Asennukseen tarvitaan enemmän tilaa tehoyksikköä kohti verrattuna yksikiteisiin vastaaviin.
Monikiteiset aurinkopaneelit ovat kasvattamassa kasvavaa markkinaosuutta muiden piiparistojen joukossa. Tämän takaavat laajat mahdollisuudet vähentää tuotantokustannuksia. Myös tällaisten paneelien hyötysuhde kasvaa vuosittain, nouseen nopeasti massatuotteiden 20%: iin.
Amorfiset piin aurinkopaneelit
Amorfisten piin aurinkopaneelien valmistusmekanismi eroaa pohjimmiltaan kiteisten aurinkokennojen valmistuksesta. Tässä ei käytetä puhdasta ei-metallista, mutta sen hydridiä, jonka kuumat höyryt laskeutuvat substraattiin.
Tämän tekniikan seurauksena klassisia kiteitä ei muodostu, ja tuotantokustannukset vähenevät voimakkaasti.
Saostetut amorfiset pii-valokennot voidaan asentaa sekä joustavalle polymeerialustalle että jäykälle lasilevylle
Tällä hetkellä amorfisesta piistä valmistettuja paneeleja on jo kolme sukupolvea, joissa jokaisessa hyötysuhde kasvaa huomattavasti. Jos ensimmäisten aurinkosähkömoduulien hyötysuhde oli 4–5%, nyt toisen sukupolven malleja, joiden hyötysuhde on 8–9%, myydään suuresti markkinoilla.
Viimeisimmän kehityksen amorfisten paneelien hyötysuhde on jopa 12%, ja ne alkavat jo näkyä myynnissä, mutta ne ovat silti melko kalliita.
Tämän tuotantoteknologian ominaisuuksien vuoksi on mahdollista luoda piikerros sekä jäykälle että joustavalle alustalle. Tämän takia amorfisia piimoduuleja käytetään aktiivisesti joustavissa ohutkalvo aurinkomoduuleissa. Mutta joustavalla pohjalla olevat vaihtoehdot ovat paljon kalliimpia.
Amorfisen piin fysikaalis-kemiallinen rakenne mahdollistaa heikosti sironneen valon fotonien maksimaalisen imeytymisen sähkön tuottamiseksi. Siksi tällaiset paneelit ovat käteviä käytettäväksi pohjoisilla alueilla, joilla on suuria vapaita alueita.
Amorfisten piipohjaisten paristojen hyötysuhde ei heikkene edes korkeissa lämpötiloissa, vaikka ne ovatkin tässä parametrissa alempia kuin gallium-arsenidipaneelit.
Samoin laitteiston kustannuksilla piidridistä valmistetut aurinkopaneelit osoittavat parempaa suorituskykyä kuin niiden mono- ja monkiteiset analogit (+)
Yhteenvetona voidaan todeta seuraavat amorfisten aurinkopaneelien edut:
- monipuolisuus - mahdollisuus valmistaa joustavia ja ohuita paneeleja, asentaa akkuja mihin tahansa arkkitehtuurimuotoon.
- Korkea hyötysuhde ympäristön valossa.
- Vakaa työ korkeissa lämpötiloissa.
- Suunnittelun yksinkertaisuus ja luotettavuus. Tällaiset paneelit eivät käytännössä rikkoudu.
- Suorituskyvyn säilyttäminen vaikeissa olosuhteissa - vähemmän suorituskyvyn heikkenemistä pölyisellä pinnalla kuin kiteisiä analogeja
Tällaisten valosähköisten kennojen käyttöikä, alkaen toisesta sukupolvesta, on 20-25 vuotta ja tehon pudotus on 15-20%. Amorfisten piipaneelien haitoihin sisältyy vain tarve suuremmille alueille tarvittavan tehon omaavien laitteiden sijoittamiseksi.
Yleiskatsaus piitä sisältävistä laitteista
Joidenkin harvinaisilla ja kalleilla metalleilla valmistettujen aurinkopaneelien hyötysuhde on yli 30%. Ne ovat monta kertaa kalliimpia kuin piipitoiset kollegansa, mutta silti heillä on korkean teknologian kauppapaikka erityisominaisuuksiensa ansiosta.
Harvinaisten metallien aurinkopaneelit
Harvinaisista metalleista valmistettuja aurinkopaneeleja on useita tyyppejä, eikä niiden kaikkien hyötysuhde ole yhtä monikiteisten piimoduulien korkeampaa.
Kyky työskennellä äärimmäisissä olosuhteissa antaa tällaisten aurinkopaneelien valmistajille kuitenkin mahdollisuuden tuottaa kilpailukykyisiä tuotteita ja suorittaa lisätutkimuksia.
Kadmiumtelluridi-paneeleja käytetään aktiivisesti rakennusten kohottamiseen päiväntasaajan ja Arabian maissa, joissa niiden pinta lämpenee 70-80 asteeseen iltapäivällä
Tärkeimmät aurinkokennojen valmistukseen käytettävät seokset ovat kadmiumtelluridi (CdTe), indium kupari-galliumselenidi (CIGS) ja indium kupariselenidi (CIS).
Kadmium on myrkyllinen metalli, ja indium, gallium ja telluuri ovat melko harvinaisia ja kalliita, joten niihin perustuvien aurinkopaneelien massatuotanto on jopa teoreettisesti mahdotonta.
Tällaisten paneelien hyötysuhde on tasolla 25 - 35%, vaikka poikkeustapauksissa se voi nousta jopa 40%: iin. Aiemmin niitä käytettiin pääasiassa avaruusteollisuudessa, mutta nyt on ilmestynyt uusi lupaava suunta.
Koska harvinaisten metallien aurinkokennot toimivat vakaasti lämpötilassa 130 - 150 ° C, niitä käytetään aurinkolämpövoimaloissa. Tässä tapauksessa kymmenien tai satojen peilien auringonsäteet keskittyvät pieneen paneeliin, joka tuottaa samanaikaisesti sähköä ja varmistaa lämpöenergian siirron vesilämmönvaihtimeen.
Kuumentuessaan vettä muodostuu höyryä, joka saa turbiinin pyörimään ja tuottamaan sähköä. Siten aurinkoenergia muunnetaan sähköenergiaksi samanaikaisesti kahdella tavalla maksimaalisen hyötysuhteen avulla.
Polymeerit ja orgaaniset analogit
Orgaanisiin ja polymeeriyhdisteisiin perustuvia aurinkosähkömoduuleja kehitettiin vasta viimeisen vuosikymmenen aikana, mutta tutkijat ovat jo edistyneet merkittävästi. Eurooppalainen yritys on edennyt eniten Heliatek, joka on jo varustanut useita korkeaa taloa orgaanisilla aurinkopaneeleilla.
Telatyyppisen kalvorakenteen paksuus Heliafilm on vain 1 mm.
Polymeeripaneelien valmistuksessa käytetään aineita, kuten hiilen fullereenit, kupariftalosyaniini, polyfenyleeni ja muut. Tällaisten aurinkokennojen hyötysuhde on jo 14-15%, ja tuotantokustannukset ovat useita kertoja pienemmät kuin kiteisten aurinkopaneelien.
Kysymys orgaanisen työkerroksen hajoamisajasta on akuutti. Toistaiseksi ei ole mahdollista luotettavasti vahvistaa sen tehokkuuden tasoa usean vuoden käytön jälkeen.
Orgaanisten aurinkopaneelien edut ovat:
- ympäristöystävällisen hävittämisen mahdollisuus;
- alhaiset tuotantokustannukset;
- joustava muotoilu.
Tällaisten valokennojen haitoihin sisältyy suhteellisen alhainen hyötysuhde ja luotettavan tiedon puute paneelien vakaan toiminnan ajanjaksoista. On mahdollista, että 5-10 vuoden kuluttua kaikki orgaanisten aurinkokennojen haitat katoavat ja niistä tulee vakavia kilpailijoita piikiekkoille.
Minkä aurinkopaneelin valita?
Aurinkopaneelien valinta maataloille 45-60 °: n leveydellä ei ole vaikeaa. Tässä kannattaa harkita vain kahta vaihtoehtoa: monikiteisiä ja yksikiteisiä piipaneeleja.
Jos tilaa on pulaa, on parempi antaa etusija tehokkaammille malleille, joiden kiteet ovat yksipuolisesti, ja rajoittamattoman alueen kanssa suositellaan ostamaan monikiteisiä paristoja.
Aurinkopaneelimarkkinoiden kehityksessä ei pidä luottaa analyyttisten yritysten ennusteisiin, koska niiden parhaita näytteitä ei ehkä ole vielä keksitty
Tietyn valmistajan, vaaditun kapasiteetin ja lisälaitteiden valitseminen on parempi, jos tällaisten laitteiden myyntiin ja asennukseen osallistuvien yritysten johtajat osallistuvat. Sinun tulisi olla tietoinen siitä, että suurimpien valmistajien aurinkosähkömoduulien laatu ja hinta eroavat vähän.
Huomaa, että kun tilaat avaimet käteen -sarjalaitteita, itse aurinkopaneelien kustannukset ovat vain 30–40% kokonaismäärästä. Tällaisten hankkeiden takaisinmaksuajat ovat 5-10 vuotta, ja ne riippuvat energiankulutustasosta ja mahdollisuudesta myydä ylimääräistä sähköä kaupunkiverkkoon.
Jotkut käsityöläiset mieluummin kokoavat aurinkopaneelit omin käsin. Sivustollamme on artikkeleita, joissa on yksityiskohtainen kuvaus tällaisten paneelien valmistustekniikasta, niiden kytkemisestä ja lämmitys aurinkokunnan järjestelmistä.
Suosittelemme tutustumaan:
- Kuinka tehdä aurinkoakku omilla käsillä: itsekokoonpano-ohje
- Aurinkolämmitysjärjestelmät: aurinkojärjestelmiin perustuvan lämmitystekniikan analyysi
- Aurinkopaneelien kytkentäkaavio: ohjaimeen, akkuun ja huollettuihin järjestelmiin
Esitetyt videot esittävät eri aurinkopaneelien toimintaa todellisissa olosuhteissa. Ne auttavat myös ymmärtämään liittyvien laitteiden valintakysymyksiä.
Aurinkopaneelien ja niihin liittyvien laitteiden valintaa koskevat säännöt:
Aurinkopaneelien tyypit:
Yksikiteisten ja monikiteisten paneelien testaus:
Väestölle ja pienille teollisuuslaitoksille ei ole vielä olemassa todellista vaihtoehtoa kiteisille piipaneeleille. Mutta uuden tyyppisten aurinkopaneelien kehitysvauhti antaa meille toivoa, että pian aurinkoenergiasta tulee tärkein sähkön lähde monissa maataloissa.
Tarjoamme kaikille, jotka ovat kiinnostuneita aurinkopaneelien valinnasta ja käytöstä, kommentoida, esittää kysymyksiä ja osallistua keskusteluihin. Yhteyslomake sijaitsee alaosassa.