Jak działają panele słoneczne

Konstrukcja baterii słonecznej i zasada jej działania zależy od tego, z jakich materiałów i z jakiej technologii jest wykonana. Dlatego musisz zrozumieć cechy głównych opcji, aby zrozumieć, jakie są ich różnice i wybrać odpowiednie rozwiązanie do użycia. Wszystkie dane dotyczą produktów wysokiej jakości, tanie baterie mogą nie spełniać deklarowanych parametrów, ponieważ często są produkowane z naruszeniem technologii.

Standardowa sztywna konstrukcja panelu słonecznego.

Terminologia

Główne terminy używane w tym obszarze:

1. Energia słoneczna to energia elektryczna pozyskiwana ze słońca podczas korzystania z paneli.
2. Nasłonecznienie - pokazuje, ile światła słonecznego pada na metr kwadratowy powierzchni położonej prostopadle do promieni słonecznych.
3. Ogniwa fotowoltaiczne to moduły zdolne do przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną. Zwykle wytwarzają od 1 do 2 watów energii, ale są też bardziej wydajne opcje.
4. System fotowoltaiczny to zestaw urządzeń, które zamieniają światło słoneczne na energię elektryczną.
5. Panele słoneczne lub panele to grupa ogniw fotowoltaicznych zgrupowanych w duży moduł i połączonych w sposób szeregowy lub szeregowo-równoległy. Zazwyczaj jedna bateria zawiera od 36 do 40 segmentów.
6. Tablica to szereg paneli słonecznych połączonych w celu zapewnienia pożądanej ilości prądu.
7. Moduły ramowe - konstrukcje w ramie aluminiowej, trwałe i szczelne.
8. Elementy bezramowe to opcje elastyczne, stosowane w warunkach mniejszych obciążeń.
9. Kilowatogodzina (kW) to standardowy pomiar mocy elektrycznej.
10. Sprawność (sprawność) - panele słoneczne. Pokazuje, ile energii słonecznej, która trafia na powierzchnię, jest zamieniane na energię elektryczną. Zwykle wskaźnik wynosi 15-24%.
11. Degradacja to zmniejszenie pojemności paneli słonecznych, które następuje z przyczyn naturalnych. Jest mierzony jako procent pierwotnych wskaźników.
12. Obciążenia szczytowe to czasy, w których potrzebna jest największa ilość energii elektrycznej.
13. Krzem krystaliczny jest surowcem do produkcji paneli słonecznych. Najpopularniejsza i najtrwalsza opcja na dziś.
14. Krzem amorficzny to kompozycja osadzona na powierzchni przez odparowanie i pokryta kompozycją ochronną.
15. Półprzewodniki to substancje, które w określonych warunkach mogą przewodzić prąd. Obejmuje to większość nowych materiałów używanych do produkcji paneli słonecznych.
16. Falownik to urządzenie do przekształcania prądu stałego na prąd przemienny.
17. Kontroler - reguluje napięcie wyjściowe z modułów fotowoltaicznych w celu prawidłowego ładowania akumulatorów.

Mapa nasłonecznienia na terenie Rosji.

To tylko najczęstsze terminy, są dodatkowe opcje. Ale nawet znajomość podstaw pomoże ci znacznie lepiej zrozumieć temat.

Kategorie jakości

Aby ocenić jakość panelu słonecznego, należy przede wszystkim poznać klasę surowców wykorzystywanych do produkcji ogniw fotowoltaicznych. Od tego zależy wydajność i żywotność gotowych produktów. 4 główne klasy:

1. Klasa A - najlepsza opcja, w której nie ma żadnych uszkodzeń i pęknięć. Jednorodność wypełnienia i gładkość powierzchni gwarantują wysoką wydajność, często nawet wyższą niż podana w dokumentacji. Ponadto ta opcja ma najniższy wskaźnik degradacji i zachowuje dobrą wydajność przez długi czas.
2. Klasa B nieco gorszej jakości, na powierzchni mogą występować wady. Ale jednocześnie najczęściej zastosowanie umożliwia uzyskanie produktów porównywalnych pod względem wydajności do klasy A. Wskaźniki degradacji są o rząd wielkości gorsze, dlatego szybciej tracą swoje pierwotne właściwości.
3. Klasa C - opcja, w której mogą wystąpić dość poważne wady - od pęknięć po wióry i inne uszkodzenia. W cenie takie moduły są znacznie tańsze, ale ich wydajność nie przekracza 15%. Niedrogie rozwiązanie odpowiednie dla małych obciążeń.
4. Klasa D - w istocie są to odpady pozostałe po wytworzeniu ogniw fotowoltaicznych, z których nie powinno się wytwarzać baterii. Ale wielu niezbyt uczciwych producentów, zwłaszcza z Azji, używa ich w produkcji. Wydajność tej opcji jest wyjątkowo niska.

Lepiej wybrać pierwszą opcję, w skrajnych przypadkach odpowiednia jest również druga.Tylko one mogą zapewnić normalną wydajność i będą służyć przez długi czas.

Folia ochronna na panelach słonecznych również musi być wysokiej jakości.

Materiał do laminowania EVA to specjalna folia, która znajduje się na przedniej stronie i może być używana po niewłaściwej stronie. Głównym celem jest ochrona elementów roboczych przed niekorzystnymi skutkami bez ingerencji w światło słoneczne. Opcje wysokiej jakości wytrzymują około 25 lat, niskiej jakości - od 5 do 10. Nie da się określić odmiany na oko, więc łatwiej jest przejść od ceny - w przypadku dobrych opcji nie będzie ona niska.

Na przykład na filmie wyraźnie rozumieją, w jaki sposób prąd elektryczny powstaje pod wpływem światła słonecznego.

Zasada działania

Wyjaśnienie cech baterii słonecznej jest dość trudne, ale możesz zrozumieć ogólne punkty:

1. Kiedy światło słoneczne pada na fotokomórki, tam zaczyna się tworzenie nierównowagowych par elektron-dziura.
2. Z powodu nadmiaru elektronów zaczynają one przemieszczać się do dolnej warstwy półprzewodnika.
3. Do obwodu zewnętrznego podawane jest napięcie. Na styku warstwy p pojawia się biegun dodatni, a na styku warstwy n pojawia się biegun ujemny.
4. Jeśli do fotokomórek podłączony jest akumulator, powstaje błędne koło i stale poruszające się elektrony zapewniają stopniowe ładowanie akumulatora.
5. Konwencjonalne moduły krzemowe to ogniwa z pojedynczym złączem, które mogą generować energię tylko z określonego spektrum światła słonecznego. Z tego powodu wydajność sprzętu jest niska.
6. Aby rozwiązać ten problem, producenci opracowali opcje kaskadowe, mogą pobierać energię z różnych promieni widma słonecznego.Zwiększa to wydajność, ale ze względu na wysokie koszty produkcji cena takich paneli jest znacznie wyższa.
7. Energia, która nie jest zamieniana na energię elektryczną, zamienia się w ciepło, dzięki czemu panele słoneczne podczas pracy nagrzewają się do 55 stopni, a baterie półprzewodnikowe do 180. Co więcej, wraz z nagrzewaniem się baterii słonecznej spada sprawność baterii słonecznej.

Najprostszy schemat baterii słonecznej.

Tak poza tym! Panele słoneczne są najbardziej wydajne w pogodne zimowe dni, kiedy jest wystarczająco dużo światła, a niska temperatura chłodzi powierzchnię.

Z czego oni są zrobieni

Aby zbadać urządzenie baterii słonecznej, musisz zrozumieć główne odmiany, ponieważ technologia produkcji różni się znacznie w zależności od użytych surowców:

1. Baterie CdTe. Tellurek kadmu jest używany do produkcji modułów foliowych. Wystarczy warstwa kilkuset mikrometrów, aby uzyskać wydajność rzędu 11% lub nieco wyższą. To naprawdę niska liczba, ale biorąc pod uwagę 1 wat mocy, koszt energii elektrycznej jest co najmniej 30% tańszy niż w przypadku tradycyjnych opcji krzemowych. Pomimo tego, że ta odmiana jest znacznie cieńsza i lżejsza.
2. Typ CIGS. Skrót oznacza, że ​​w składzie znajdują się miedź, ind, gal i selen. Okazuje się, że jest to półprzewodnik, który również jest nakładany w małej warstwie, ale w przeciwieństwie do pierwszej opcji, tutaj sprawność jest o rząd wielkości wyższa i wynosi 15%.
3. Typy GaAs i InP rozróżnia możliwość nałożenia cienkiej warstwy 5-6 mikronów, natomiast wydajność wyniesie około 20%. To nowe słowo w technologiach pozyskiwania energii elektrycznej ze światła słonecznego.Ze względu na wysokie temperatury pracy akumulatory mogą się bardzo nagrzewać bez utraty wydajności. Jednak ze względu na fakt, że do produkcji wykorzystywane są materiały ziem rzadkich, koszt tego typu jest wysoki.
4. Baterie z kropkami kwantowymi (QDSC). Wykorzystują kropki kwantowe jako materiał pochłaniający do konwersji energii słonecznej zamiast tradycyjnych materiałów sypkich. Dzięki właściwościom strojenia pasma wzbronionego, możliwe jest wykonanie modułów wielozłączowych, które efektywniej pochłaniają energię słoneczną.
5. Krzem amorficzny nakładany przez odparowanie i ma niejednorodną strukturę. Nie ma dużej wydajności, ale jednorodna powierzchnia bardzo dobrze pochłania nawet rozproszone światło.
6. Polikrystaliczny warianty są wytwarzane przez topienie krzemu i chłodzenie go w określonych warunkach w celu wytworzenia jednokierunkowych kryształów. Jedno z najczęstszych rozwiązań ze względu na niski koszt produkcji i dobre wskaźniki wydajności.
7. Monokrystaliczny elementy składają się z litych kryształów pociętych na cienkie płytki i domieszkowanych fosforem. Najtrwalsze rozwiązanie o niskich wskaźnikach degradacji i żywotności co najmniej 30 lat, ale najczęściej 10-15 lat dłuższej.

Baterie wykonane z tellurku kadmu są jednymi z najbardziej opłacalnych pod względem kosztu za kilowat energii elektrycznej.

Tak poza tym! Skuteczność jednej lub drugiej opcji zależy od technologii produkcji, dlatego należy to wyjaśnić.

Przeczytaj także

Rodzaje i metody montażu paneli słonecznych

 

Plusy i minusy paneli słonecznych

Każdy typ ma swoje własne cechy, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze, aby zdecydować, który typ najlepiej pasuje:

1. Panele monokrystaliczne mają najwyższą wydajność, dzięki czemu oszczędza się miejsce na umieszczenie modułów. Trwają co najmniej 25 lat i powoli tracą moc. Jednocześnie powierzchnia jest bardzo wrażliwa na zabrudzenia, należy ją często myć. A cena jest najwyższa ze wszystkich opcji opartych na krzemie.
2. Opcje polikrystaliczne nie pochłaniają tak skutecznie promieni słonecznych, ale działają lepiej w świetle rozproszonym. Pod względem stosunku ceny do jakości są bardziej opłacalne, ale zajmują więcej miejsca ze względu na niższą wydajność.
3. Baterie krzemowe amorficzne można umieszczać w dowolnym miejscu, także na ścianach budynków, ponieważ dobrze pochłaniają rozproszone światło. Dzięki niskiej wydajności mają niską cenę, dzięki czemu mogą być używane jako opcja ekonomiczna. Jednocześnie służą przez długi czas i nie boją się zanieczyszczenia powierzchni.
4. Opcje ziem rzadkich mają podobne zalety i wady, więc możesz je rozważyć razem. Pod względem wydajności przewyższają klasyczne panele, można je nakładać na folię, co jest wygodne. Mają większy zakres temperatur, dzięki czemu ogrzewanie nie wpływa na efektywność pracy. Ale ze względu na wysoką cenę i rzadkość metali takie opcje nie są szeroko stosowane.

Opcja montażu na ścianie ułatwia prace instalacyjne.

Gdzie są używane

Wszystkie rozważane opcje można zainstalować w sektorze prywatnym, aby otrzymywać energię elektryczną ze słońca i oszczędzać zasoby energii, a nawet uzyskać pełną autonomię. Jeśli chodzi o użytkowanie, musisz wziąć pod uwagę kilka prostych zaleceń:

1. Opcje monokrystaliczne i polikrystaliczne najlepiej umieścić na dachu lub na ziemi, po uprzednim zbudowaniu ramy pod pożądanym kątem.Pożądane jest, aby kąt nachylenia był regulowany, dzięki czemu można dostosować się do słońca.
2. Moduły foliowe można umieszczać w dowolnym miejscu, zarówno na ścianach, jak i na dachy. Działają dobrze, nawet jeśli promienie nie padają na powierzchnię pod odpowiednim kątem, co jest bardzo ważne.
3. Na skalę przemysłową preferowane są również baterie foliowe jako tańsze i łatwiejsze w montażu.

Opcje folii są łatwiejsze do zainstalowania przy dużym nakładzie pracy.

Istnieje kilka odmian ogniw słonecznych, ale około 90% rynku zajmują tradycyjne modele krzemowe ze względu na ich niską cenę i dobrą wydajność. Możesz wybrać jedno z rozwiązań półprzewodnikowych, ale wtedy będziesz musiał wydać półtora do dwóch razy więcej pieniędzy.