Typer av solpaneler: en jämförande genomgång av design och tips för att välja paneler

Alternativ energi utvecklas maximalt i Europa, vilket visar sitt löfte med resultat.Nya typer av solpaneler dyker upp och deras effektivitet ökar.

Om du vill säkerställa driften av en industribyggnad eller bostadslokaler med hjälp av solenergi, måste du först lära dig om skillnaderna mellan utrustningen och förstå vilka solpaneler som är lämpliga för klimatförhållandena i en viss region.

Vi hjälper dig att reda ut det här problemet. Artikeln diskuterar funktionsprincipen för fotoelektriska omvandlare och ger en översikt över olika typer av solceller som anger deras egenskaper, fördelar och nackdelar. Efter att ha bekantat dig med materialet kommer du att kunna göra rätt val för att arrangera ett effektivt solsystem.

Principen för drift av solpaneler

De allra flesta solpaneler är, i fysisk mening, solceller. Den elektriska genereringseffekten inträffar vid platsen för halvledar-p-n-övergången.

Det är kiselskivor som ligger till grund för kostnaden för solpaneler, men när du använder dem som en strömkälla dygnet runt måste du dessutom köpa dyra batterier

Panelen består av två silikonskivor med olika egenskaper. Under påverkan av ljus utvecklar en av dem en brist på elektroner, och den andra - ett överskott av dem.Varje platta har kopparledarband som är anslutna till spänningsomvandlare.

En industriell solpanel består av flera laminerade fotovoltaiska celler sammanfogade och monterade på ett flexibelt eller styvt underlag.

Utrustningens effektivitet beror till stor del på kislets renhet och orienteringen av dess kristaller. Det är dessa parametrar som ingenjörer har försökt förbättra under de senaste decennierna. Huvudproblemet med detta är den höga kostnaden för de processer som ligger till grund för reningen av kisel och arrangemanget av kristaller i en riktning genom hela panelen.

Varje år ändras den maximala effektiviteten för olika solpaneler uppåt, eftersom miljarder dollar investeras i forskning om nya solcellsmaterial (+)

Halvledare av fotoelektriska omvandlare kan tillverkas inte bara av kisel utan också från andra material - batteridriftsprincip det förändras inte.

Typer av fotoelektriska omvandlare

Industriella solpaneler klassificeras efter deras designegenskaper och typen av fungerande solcellsskikt.

Det finns dessa typer av batterier beroende på typ av enhet:

• flexibla paneler;
• stela moduler.

Flexibla tunnfilmspaneler upptar gradvis en allt större nisch på marknaden på grund av deras monteringsmångsidighet, eftersom de kan installeras på de flesta ytor med en mängd olika arkitektoniska former.

De faktiska egenskaperna hos solpaneler är vanligtvis lägre än de som anges i instruktionerna. Därför, innan du installerar dem hemma, är det lämpligt att se ett liknande avslutat projekt själv.

Baserat på typen av fungerande fotovoltaiskt lager delas solbatterier in i följande typer:

1. Kisel: monokristallint, polykristallint, amorft.
2. Tellur-kadmium.
3. Baserad på indium-koppar-galliumselenid.
4. Polymer.
5. Organisk.
6. Baserat på galliumarsenid.
7. Kombinerad och flerskiktad.

Inte alla typer av solpaneler är av intresse för den allmänna konsumenten, utan bara de två första kristallina subtyperna.

Även om vissa andra typer av paneler har hög effektivitet, används de inte i stor utsträckning på grund av deras höga kostnad.

Fotovoltaiska kiselceller är ganska känsliga för värme. Bastemperaturen för mätning av elproduktion är 25°C. När den ökar med en grad minskar panelernas effektivitet med 0,45-0,5 %.

Därefter kommer solpaneler som är av det största konsumentintresset att diskuteras i detalj.

Karakteristika för silikonbaserade paneler

Kisel för solceller är gjord av kvartspulver - malda kvartskristaller. De rikaste fyndigheterna av råvaror finns i västra Sibirien och mellersta Ural, så utsikterna för detta område av solenergi är nästan obegränsade.

Redan nu upptar kristallina och amorfa kiselpaneler redan mer än 80% av marknaden. Därför är det värt att överväga dem mer i detalj.

Monokristallina silikonpaneler

Moderna monokristallina kiselwafers (mono-Si) har en enhetlig mörkblå färg över hela ytan. Det renaste kiselet används för deras produktion. Monokristallina solceller har det högsta priset bland alla kiselskivor, men ger också den bästa effektiviteten.

Stora monokristallina solpaneler med roterande mekanismer passar perfekt in i ökenlandskap. Det finns förutsättningar för maximal produktivitet

Den höga produktionskostnaden beror på svårigheten att orientera alla kiselkristaller i samma riktning. På grund av dessa fysiska egenskaper hos arbetsskiktet säkerställs maximal effektivitet endast när solens strålar är vinkelräta mot plattans yta.

Monokristallina batterier kräver ytterligare utrustning som automatiskt roterar dem under dagen så att panelernas plan är så vinkelrätt mot solens strålar som möjligt.

Lager av kisel med enkelsidiga kristaller skärs från ett cylindriskt block av metall, så de färdiga solcellsblocken ser ut som en fyrkant som är rundad i hörnen.

Fördelarna med monokristallina silikonbatterier inkluderar:

1. Hög effektivitet med ett värde av 17-25%.
2. Kompakthet - mindre utrustningsyta per effektenhet jämfört med polykristallina silikonpaneler.
3. Varaktighet — Tillräcklig effektivitet för elproduktionen säkerställs i upp till 25 år.

Det finns bara två nackdelar med sådana batterier:

1. Högt pris och långsiktig återbetalning.
2. Känslighet för föroreningar. Damm sprider ljus, så effektiviteten hos solpaneler belagda med det minskar kraftigt.

På grund av behovet av direkt solljus, monokristallin solpaneler som installeras främst i öppna ytor eller på höjder. Ju närmare området är ekvatorn och ju fler soliga dagar det har, desto mer att föredra är det att installera just denna typ av solcellselement.

Polykristallina solceller

Polykristallina kiselpaneler (multi-Si) har en blå färg som är ojämn i intensitet på grund av den diversifierade orienteringen av kristallerna. Renheten hos kisel som används i deras produktion är något lägre än för monokristallina analoger.

Flerriktade kristaller ger hög effektivitet i diffust ljus - 12-18%.Det är lägre än i enkelriktade kristaller, men i molniga väderförhållanden är sådana paneler mer effektiva.

Materialets heterogenitet leder också till en minskning av kostnaden för kiselproduktion. Den renade metallen för polykristallina solpaneler hälls i formar utan några speciella knep.

I produktionen används speciella tekniker för att bilda kristaller, men deras riktning är inte kontrollerad. Efter kylning skärs kislet i lager och bearbetas enligt en speciell algoritm.

Polykristallina paneler kräver inte konstant orientering mot solen, så taken på hus och industribyggnader används aktivt för deras placering.

Under dagen, med lätta moln, kommer fördelarna med solpaneler gjorda av amorft kisel inte att märkas; deras fördelar avslöjas endast under täta moln eller i skuggan (+)

Fördelarna med solceller med flerriktade kristaller inkluderar:

1. Hög effektivitet i diffusa ljusförhållanden.
2. Möjlighet till permanent installation på hustaken.
3. Lägre kostnad jämfört med monokristallina paneler.
4. Operationens varaktighet — minskningen av effektiviteten efter 20 års drift är endast 15–20 %.

Polykristallina paneler har också nackdelar:

1. Minskad effektivitet med ett värde av 12-18%.
2. Relativ skrymmande — Det krävs mer installationsutrymme per effektenhet jämfört med monokristallina analoger.

Polykristallina solpaneler vinner en ökande marknadsandel bland andra kiselbatterier. Detta säkerställs av breda potentiella möjligheter att minska kostnaderna för sin produktion.Effektiviteten hos sådana paneler ökar också varje år och närmar sig snabbt 20% för massproducerade produkter.

Amorf kisel solpaneler

Mekanismen för att producera solpaneler av amorft kisel skiljer sig fundamentalt från produktionen av kristallina fotovoltaiska celler. Här är det inte en ren icke-metall som används, utan dess hydrid, vars heta ångor avsätts på underlaget.

Som ett resultat av denna teknik bildas inte klassiska kristaller och produktionskostnaderna reduceras kraftigt.

Avsatta amorfa kiselsolceller kan monteras på antingen ett flexibelt polymersubstrat eller en styv glasskiva

För närvarande finns det redan tre generationer av amorfa kiselpaneler, som var och en avsevärt ökar effektiviteten. Om de första solcellsmodulerna hade en verkningsgrad på 4-5% så säljs nu andra generationens modeller med en verkningsgrad på 8-9% på marknaden.

De senaste amorfa panelerna har en effektivitet på upp till 12% och börjar redan dyka upp på rea, men de är fortfarande ganska dyra.

På grund av egenskaperna hos denna produktionsteknik är det möjligt att skapa ett lager av kisel på både ett styvt och flexibelt underlag. På grund av detta används amorfa kiselmoduler aktivt i flexibla tunnfilmssolcellsmoduler. Men alternativ med en elastisk baksida är mycket dyrare.

Den fysikalisk-kemiska strukturen hos amorft kisel tillåter maximal absorption av fotoner av svagt spritt ljus för att generera elektricitet. Därför är sådana paneler bekväma att använda i norra regioner med stora fria ytor.

Effektiviteten hos batterier baserade på amorft kisel minskar inte ens vid höga temperaturer, även om de är sämre i denna parameter än galliumarsenidpaneler.

Till samma utrustningskostnad visar solpaneler av kiselhydrid bättre prestanda än sina mono- och polykristallina motsvarigheter (+)

För att sammanfatta kan vi peka på följande fördelar med amorfa solpaneler:

1. Mångsidighet — Möjligheten att tillverka flexibla och tunna paneler, montera batterier på vilken arkitektonisk form som helst.
2. Hög effektivitet i diffust ljus.
3. Stabilt arbete vid höga temperaturer.
4. Enkel och tillförlitlig design. Sådana paneler går praktiskt taget inte sönder.
5. Upprätthålla prestanda under svåra förhållanden — mindre prestandasänkning när ytan är dammig än med kristallina analoger

Livslängden för sådana fotovoltaiska celler, från och med den andra generationen, är 20-25 år med ett effektfall på 15-20%. De enda nackdelarna med amorfa kiselpaneler inkluderar behovet av större ytor för att rymma utrustning med erforderlig effekt.

Översikt över silikonfria enheter

Vissa solpaneler, tillverkade av sällsynta och dyra metaller, har en verkningsgrad på mer än 30 %. De är flera gånger dyrare än sina kiselmotsvarigheter, men upptar fortfarande en högteknologisk handelsnisch på grund av deras speciella egenskaper.

Sällsynta metall solpaneler

Det finns flera typer av sällsynta metall solpaneler, och inte alla är mer effektiva än monokristallina kiselmoduler.

Men förmågan att arbeta under extrema förhållanden gör det möjligt för tillverkare av sådana solpaneler att producera konkurrenskraftiga produkter och bedriva ytterligare forskning.

Kadmiumtelluridpaneler används aktivt för beklädnad av byggnader i ekvatorial- och arabiska länder, där deras yta värms upp till 70-80 grader under dagen

De huvudsakliga legeringarna som används för att tillverka fotovoltaiska celler är kadmiumtellurid (CdTe), indiumkoppargalliumselenid (CIGS) och kopparindiumselenid (CIS).

Kadmium är en giftig metall, och indium, gallium och tellur är ganska sällsynta och dyra, så massproduktion av solpaneler baserade på dem är till och med teoretiskt omöjligt.

Effektiviteten hos sådana paneler är på nivån 25-35%, även om den i undantagsfall kan nå upp till 40%. Tidigare användes de främst inom rymdindustrin, men nu har en ny lovande riktning dykt upp.

På grund av den stabila driften av fotoceller gjorda av sällsynta metaller vid temperaturer på 130-150°C, används de i solvärmekraftverk. I det här fallet är solens strålar från tiotals eller hundratals speglar koncentrerade på en liten panel, som samtidigt genererar elektricitet och säkerställer överföringen av termisk energi till en vattenvärmeväxlare.

Som ett resultat av uppvärmningen av vattnet bildas ånga som får turbinen att rotera och generera elektricitet. På så sätt omvandlas solenergi till elektrisk energi samtidigt på två sätt med maximal effektivitet.

Polymer och organiska analoger

Fotovoltaiska moduler baserade på organiska och polymera föreningar började utvecklas först under det senaste decenniet, men forskare har redan gjort betydande framsteg.Det europeiska företaget visar de största framstegen Heliatek, som redan utrustat flera höghus med organiska solpaneler.

Tjockleken på dess rullfilmstruktur är HeliaFilm är bara 1 mm.

Vid tillverkning av polymerpaneler används ämnen som kolfullerener, kopparftalocyanin, polyfenylen och andra. Effektiviteten hos sådana fotovoltaiska celler når redan 14-15%, och produktionskostnaden är flera gånger mindre än kristallina solpaneler.

Frågan om nedbrytningstid för det organiska arbetsskiktet är akut. Hittills är det inte möjligt att tillförlitligt bekräfta nivån på dess effektivitet efter flera års drift.

Fördelarna med organiska solpaneler är:

• möjlighet till miljösäkert bortskaffande;
• låg produktionskostnad;
• flexibel design.

Nackdelarna med sådana fotovoltaiska celler inkluderar relativt låg effektivitet och bristen på tillförlitlig information om perioderna av stabil drift av panelerna. Det är möjligt att om 5-10 år kommer alla nackdelar med organiska solceller att försvinna, och de kommer att bli allvarliga konkurrenter för kiselwafers.

Vilken solpanel ska man välja?

Valet av solpaneler för hus på landet på en latitud av 45-60° är inte svårt. Det finns bara två alternativ värda att överväga här: polykristallina och monokristallina silikonpaneler.

Om det finns brist på utrymme är det bättre att föredra effektivare modeller med ensidig kristallorientering; om det finns ett obegränsat område rekommenderas det att köpa polykristallina batterier.

Du bör inte lita på analytiska företags prognoser för utvecklingen av solpanelsmarknaden, eftersom de bästa exemplen på dem kanske inte har uppfunnits ännu

Det är bättre att välja en specifik tillverkare, den erforderliga kraften och ytterligare utrustning med deltagande av chefer för företag som är involverade i försäljning och installation av sådan utrustning. Du bör veta att kvaliteten och priset på solcellsmoduler från de största tillverkarna skiljer sig lite.

Det bör beaktas att när du beställer en uppsättning nyckelfärdig utrustning kommer kostnaden för själva solpanelerna endast att vara 30-40% av det totala beloppet. Återbetalningstiden för sådana projekt är 5-10 år och beror på nivån på energiförbrukningen och möjligheten att sälja överskottsel till stadsnätet.

Vissa hantverkare föredrar att montera solpaneler med sina egna händer. På vår webbplats finns det artiklar med en detaljerad beskrivning av tillverkningstekniken för sådana paneler, deras anslutning och arrangemang av solvärmesystem.

Vi råder dig att läsa:

1. Hur man gör ett solbatteri med egna händer: instruktioner för självmontering
2. Solvärmesystem: analys av värmeteknik baserad på solsystem
3. Anslutningsschema för solpaneler: till regulatorn, till batteriet och servade system

Slutsatser och användbar video om ämnet

De presenterade videorna visar hur olika solpaneler fungerar under verkliga förhållanden. De hjälper dig också att förstå problemen med att välja relaterad utrustning.

Regler för att välja solpaneler och relaterad utrustning:

Typer av solpaneler:

Testning av monokristallina och polykristallina paneler:

För befolkningen och små industrianläggningar finns det idag inget egentligt alternativ till kristallina kiselpaneler.Men takten i utvecklingen av nya typer av solpaneler gör att vi kan hoppas att solenergi snart kommer att bli huvudkällan till el i många hus på landet.

Vi inbjuder alla som är intresserade av frågan om att välja och använda solpaneler att lämna kommentarer, ställa frågor och delta i diskussioner. Kontaktformuläret finns i nedre blocket.