Typy solárnych panelov: porovnávací prehľad návrhov a tipy na výber panelov

Alternatívna energia sa v Európe rozvíja na maximum a ukazuje svoj sľub s výsledkami.Objavujú sa nové typy solárnych panelov a ich účinnosť sa zvyšuje.

Ak chcete zabezpečiť prevádzku priemyselného objektu alebo obytných priestorov pomocou solárnej energie, musíte sa najskôr dozvedieť o rozdieloch medzi zariadeniami a pochopiť, ktoré solárne panely sú vhodné pre klimatické podmienky konkrétneho regiónu.

Pomôžeme vám vyriešiť tento problém. Článok pojednáva o princípe fungovania fotoelektrických meničov a poskytuje prehľad rôznych typov solárnych článkov s uvedením ich vlastností, výhod a nevýhod. Po oboznámení sa s materiálom budete schopní urobiť správnu voľbu pre usporiadanie efektívneho solárneho systému.

Princíp fungovania solárnych panelov

Prevažná väčšina solárnych panelov sú vo fyzikálnom zmysle fotovoltaické konvertory. Elektrický generujúci efekt nastáva v mieste polovodičového p-n prechodu.

Práve kremíkové doštičky tvoria základ nákladov na solárne panely, no pri ich použití ako nepretržitého zdroja elektriny si budete musieť dokúpiť drahé batérie

Panel sa skladá z dvoch kremíkových doštičiek s rôznymi vlastnosťami. Pod vplyvom svetla jeden z nich vyvíja nedostatok elektrónov a druhý - ich prebytok.Každá doska má medené vodiče, ktoré sú pripojené k meničom napätia.

Priemyselný solárny panel pozostáva z viacerých laminovaných fotovoltaických článkov spojených dohromady a namontovaných na pružnom alebo pevnom substráte.

Účinnosť zariadenia závisí vo veľkej miere od čistoty kremíka a orientácie jeho kryštálov. Práve tieto parametre sa inžinieri v posledných desaťročiach snažili vylepšiť. Hlavným problémom sú vysoké náklady na procesy, ktoré sú základom čistenia kremíka a usporiadania kryštálov v jednom smere v celom paneli.

Každý rok sa maximálna účinnosť rôznych solárnych panelov mení smerom nahor, pretože do výskumu nových fotovoltaických materiálov sa investujú miliardy dolárov (+)

Polovodiče fotoelektrických meničov môžu byť vyrobené nielen z kremíka, ale aj z iných materiálov - princíp fungovania batérie to sa nemení.

Typy fotoelektrických meničov

Priemyselné solárne panely sú klasifikované podľa ich konštrukčných prvkov a typu pracovnej fotovoltaickej vrstvy.

V závislosti od typu zariadenia existujú tieto typy batérií:

• flexibilné panely;
• tuhé moduly.

Flexibilné tenkovrstvové panely postupne zaberajú čoraz väčšiu medzeru na trhu kvôli ich všestrannosti montáže, pretože môžu byť inštalované na väčšinu povrchov s rôznymi architektonickými formami.

Skutočné vlastnosti solárnych panelov sú zvyčajne nižšie ako tie, ktoré sú uvedené v návode. Preto pred ich inštaláciou doma je vhodné vidieť podobný dokončený projekt sami.

Podľa typu pracovnej fotovoltaickej vrstvy sú solárne batérie rozdelené do nasledujúcich typov:

1. Kremík: monokryštalický, polykryštalický, amorfný.
2. Telúr-kadmium.
3. Na báze selenidu india-meď-gália.
4. Polymér.
5. Organické.
6. Na báze arzenidu gália.
7. Kombinované a viacvrstvové.

Nie všetky typy solárnych panelov sú zaujímavé pre bežného spotrebiteľa, ale iba prvé dva kryštalické podtypy.

Hoci niektoré iné typy panelov majú vysokú účinnosť, nie sú široko používané kvôli ich vysokým nákladom.

Kremíkové fotovoltaické články sú dosť citlivé na teplo. Základná teplota na meranie výroby energie je 25°C. Keď sa zvýši o jeden stupeň, účinnosť panelov sa zníži o 0,45-0,5%.

Ďalej sa podrobne rozoberie solárne panely, o ktoré je najväčší záujem spotrebiteľov.

Charakteristika panelov na báze kremíka

Kremík pre solárne články je vyrobený z kremenného prášku - mletých kremenných kryštálov. Najbohatšie ložiská surovín sú na západnej Sibíri a na Strednom Urale, takže vyhliadky tejto oblasti solárnej energie sú takmer neobmedzené.

Už teraz zaberajú panely z kryštalického a amorfného kremíka viac ako 80 % trhu. Preto stojí za to zvážiť ich podrobnejšie.

Monokryštalické kremíkové panely

Moderné monokryštalické kremíkové doštičky (mono-Si) majú jednotnú tmavomodrú farbu po celom povrchu. Na ich výrobu sa používa najčistejší kremík. Monokryštalické solárne články majú najvyššiu cenu spomedzi všetkých kremíkových doštičiek, ale zároveň poskytujú najlepšiu účinnosť.

Veľké monokryštalické solárne panely s otočnými mechanizmami dokonale zapadajú do púštnej krajiny. Existujú podmienky pre maximálnu produktivitu

Vysoké výrobné náklady sú spôsobené ťažkosťami pri orientácii všetkých kremíkových kryštálov rovnakým smerom. Vďaka týmto fyzikálnym vlastnostiam pracovnej vrstvy je maximálna účinnosť zabezpečená len vtedy, keď sú slnečné lúče kolmé na povrch dosky.

Monokryštalické batérie vyžadujú dodatočné vybavenie, ktoré ich počas dňa automaticky otáča tak, aby rovina panelov bola čo najviac kolmá na slnečné lúče.

Vrstvy kremíka s jednostrannými kryštálmi sú vyrezané z valcového bloku kovu, takže hotové fotovoltaické bloky vyzerajú ako štvorec so zaoblenými rohmi.

Výhody monokryštalických kremíkových batérií zahŕňajú:

1. Vysoká účinnosť s hodnotou 17-25%.
2. Kompaktnosť - menšia plocha zariadenia na jednotku výkonu v porovnaní s panelmi z polykryštalického kremíka.
3. Trvanlivosť — je zabezpečená dostatočná účinnosť výroby elektriny až na 25 rokov.

Takéto batérie majú iba dve nevýhody:

1. Vysoká cena a dlhodobú návratnosť.
2. Citlivosť na znečistenie. Prach rozptyľuje svetlo, takže účinnosť ním potiahnutých solárnych panelov prudko klesá.

Vzhľadom na potrebu priameho slnečného žiarenia monokryštalický inštalované solárne panely hlavne na otvorených priestranstvách alebo vo výškach. Čím bližšie je oblasť k rovníku a čím viac slnečných dní má, tým je vhodnejšie inštalovať práve tento typ fotovoltaických prvkov.

Polykryštalické solárne články

Polykryštalické kremíkové panely (multi-Si) majú modrú farbu, ktorej intenzita je nerovnomerná v dôsledku rôznorodej orientácie kryštálov. Čistota kremíka použitého pri ich výrobe je o niečo nižšia ako u monokryštalických analógov.

Viacsmerné kryštály poskytujú vysokú účinnosť v rozptýlenom svetle - 12-18%.Je nižšia ako v jednosmerných kryštáloch, ale pri zamračenom počasí sú takéto panely efektívnejšie.

Heterogenita materiálu vedie aj k zníženiu nákladov na výrobu kremíka. Vyčistený kov pre polykryštalické solárne panely sa leje do foriem bez špeciálnych trikov.

Pri výrobe sa používajú špeciálne techniky na vytváranie kryštálov, ale ich smerovosť nie je kontrolovaná. Po ochladení sa kremík rozreže na vrstvy a spracuje podľa špeciálneho algoritmu.

Polykryštalické panely nevyžadujú stálu orientáciu smerom k slnku, preto sa na ich umiestnenie aktívne využívajú strechy domov a priemyselných budov.

Počas dňa pri svetlej oblačnosti nebudú viditeľné výhody solárnych panelov vyrobených z amorfného kremíka, ich výhody sa prejavia až pod hustou oblačnosťou alebo v tieni (+)

Výhody solárnych článkov s viacsmernými kryštálmi zahŕňajú:

1. Vysoká účinnosť v podmienkach difúzneho svetla.
2. Možnosť trvalej inštalácie na strechách budov.
3. Nižšia cena v porovnaní s monokryštalickými panelmi.
4. Trvanie prevádzky — pokles účinnosti po 20 rokoch prevádzky je len 15-20%.

Polykryštalické panely majú tiež nevýhody:

1. Znížená účinnosť s hodnotou 12-18%.
2. Relatívna objemnosť — na jednotku výkonu je potrebný väčší inštalačný priestor v porovnaní s monokryštalickými analógmi.

Polykryštalické solárne panely získavajú čoraz väčší podiel na trhu medzi ostatnými kremíkovými batériami. To je zabezpečené širokými potenciálnymi možnosťami znižovania nákladov na ich výrobu.Účinnosť takýchto panelov sa tiež každým rokom zvyšuje a rýchlo sa blíži k 20% v prípade sériovo vyrábaných produktov.

Amorfné kremíkové solárne panely

Mechanizmus výroby solárnych panelov z amorfného kremíka sa zásadne líši od výroby kryštalických fotovoltaických článkov. Tu sa nepoužíva čistý nekov, ale jeho hydrid, ktorého horúce pary sa ukladajú na podklad.

V dôsledku tejto technológie nevznikajú klasické kryštály a výrobné náklady sa výrazne znižujú.

Nanesené solárne články z amorfného kremíka môžu byť namontované buď na flexibilný polymérny substrát alebo na pevnú sklenenú dosku

V súčasnosti už existujú tri generácie panelov z amorfného kremíka, z ktorých každý výrazne zvyšuje účinnosť. Ak prvé fotovoltické moduly mali účinnosť 4-5%, teraz sa na trhu vo veľkom predávajú modely druhej generácie s účinnosťou 8-9%.

Najnovšie amorfné panely majú účinnosť až 12% a už sa začínajú objavovať v predaji, no stále sú dosť drahé.

Vďaka vlastnostiam tejto výrobnej technológie je možné vytvoriť vrstvu kremíka na pevnom aj pružnom substráte. Z tohto dôvodu sa moduly amorfného kremíka aktívne používajú vo flexibilných tenkovrstvových solárnych moduloch. Možnosti s elastickým podkladom sú však oveľa drahšie.

Fyzikálno-chemická štruktúra amorfného kremíka umožňuje maximálnu absorpciu fotónov slabého rozptýleného svetla na výrobu elektriny. Preto sú takéto panely vhodné na použitie v severných regiónoch s veľkými voľnými plochami.

Účinnosť batérií na báze amorfného kremíka neklesá ani pri vysokých teplotách, aj keď sú v tomto parametri nižšie ako panely z arzenidu gália.

Pri rovnakej cene zariadenia vykazujú kremíkové solárne panely vyšší výkon ako ich mono- a polykryštalické náprotivky (+)

Aby sme to zhrnuli, môžeme poukázať na nasledujúce výhody amorfných solárnych panelov:

1. Všestrannosť — schopnosť vyrábať flexibilné a tenké panely, montáž batérií na akúkoľvek architektonickú formu.
2. Vysoká účinnosť v rozptýlenom svetle.
3. Stabilná práca pri vysokých teplotách.
4. Jednoduchosť a spoľahlivosť dizajnu. Takéto panely sa prakticky nerozbijú.
5. Udržiavanie výkonu v náročných podmienkach — menší pokles výkonu, keď je povrch prašný, ako pri kryštalických analógoch

Životnosť takýchto fotovoltických článkov od druhej generácie je 20-25 rokov pri poklese výkonu 15-20%. Jedinou nevýhodou panelov z amorfného kremíka je potreba väčších plôch na umiestnenie zariadenia požadovaného výkonu.

Prehľad zariadení bez obsahu kremíka

Niektoré solárne panely vyrobené zo vzácnych a drahých kovov majú účinnosť vyššiu ako 30 %. Sú niekoľkonásobne drahšie ako ich kremíkové náprotivky, ale stále zaberajú high-tech obchodnú medzeru kvôli svojim špeciálnym vlastnostiam.

Solárne panely zo vzácnych kovov

Existuje niekoľko typov solárnych panelov zo vzácnych kovov a nie všetky sú efektívnejšie ako monokryštalické kremíkové moduly.

Schopnosť prevádzky v extrémnych podmienkach však umožňuje výrobcom takýchto solárnych panelov vyrábať konkurencieschopné produkty a vykonávať ďalší výskum.

Panely z teluridu kadmia sa aktívne používajú na opláštenie budov v rovníkových a arabských krajinách, kde sa ich povrch počas dňa zohreje na 70-80 stupňov

Hlavnými zliatinami používanými na výrobu fotovoltaických článkov sú telurid kadmia (CdTe), indium-meď-gallium selenid (CIGS) a meď-indium selenid (CIS).

Kadmium je toxický kov a indium, gálium a telúr sú pomerne vzácne a drahé, takže masová výroba solárnych panelov na ich základe je dokonca teoreticky nemožná.

Účinnosť takýchto panelov je na úrovni 25-35%, aj keď vo výnimočných prípadoch môže dosiahnuť až 40%. Predtým sa používali najmä vo vesmírnom priemysle, no teraz sa objavil nový perspektívny smer.

Vďaka stabilnej prevádzke fotočlánkov zo vzácnych kovov pri teplotách 130-150°C sa používajú v solárnych tepelných elektrárňach. Slnečné lúče z desiatok či stoviek zrkadiel sú v tomto prípade sústredené na malom paneli, ktorý súčasne vyrába elektrinu a zabezpečuje prenos tepelnej energie do vodného výmenníka tepla.

V dôsledku ohrevu vody vzniká para, ktorá spôsobuje otáčanie turbíny a výrobu elektriny. Týmto spôsobom sa slnečná energia premieňa na elektrickú energiu súčasne dvoma spôsobmi s maximálnou účinnosťou.

Polymér a organické analógy

Fotovoltické moduly na báze organických a polymérnych zlúčenín sa začali vyvíjať až v poslednom desaťročí, no výskumníci už výrazne pokročili.Najväčší pokrok vykazuje európska spoločnosť Heliatek, ktorá už vybavila niekoľko výškových budov organickými solárnymi panelmi.

Hrúbka jeho rolovej filmovej štruktúry je HeliaFilm je len 1 mm.

Pri výrobe polymérových panelov sa používajú látky ako uhlíkové fullerény, ftalocyanín medi, polyfenylén a iné. Účinnosť takýchto fotovoltaických článkov už dosahuje 14-15% a výrobné náklady sú niekoľkonásobne nižšie ako pri kryštalických solárnych paneloch.

Otázka času degradácie organickej pracovnej vrstvy je akútna. Zatiaľ nie je možné po niekoľkých rokoch prevádzky spoľahlivo potvrdiť úroveň jeho účinnosti.

Výhody organických solárnych panelov sú:

• možnosť ekologicky bezpečnej likvidácie;
• nízke výrobné náklady;
• flexibilný dizajn.

Medzi nevýhody takýchto fotovoltaických článkov patrí relatívne nízka účinnosť a nedostatok spoľahlivých informácií o obdobiach stabilnej prevádzky panelov. Je možné, že za 5-10 rokov zmiznú všetky nevýhody organických solárnych článkov a stanú sa vážnymi konkurentmi pre kremíkové doštičky.

Aký solárny panel si vybrať?

Výber solárnych panelov pre vidiecke domy v zemepisnej šírke 45-60 ° nie je ťažký. Tu stoja za zváženie len dve možnosti: polykryštalické a monokryštalické kremíkové panely.

Pri nedostatku miesta je lepšie uprednostniť efektívnejšie modely s jednostrannou orientáciou kryštálov, ak je plocha neobmedzená, odporúča sa zakúpiť polykryštalické batérie.

Pri vývoji trhu so solárnymi panelmi by ste sa nemali spoliehať na prognózy analytických spoločností, pretože ich najlepšie príklady možno ešte neboli vynájdené.

Je lepšie vybrať konkrétneho výrobcu, požadovaný výkon a dodatočné vybavenie za účasti manažérov spoločností zapojených do predaja a inštalácie takýchto zariadení. Mali by ste vedieť, že kvalita a cena fotovoltických modulov od najväčších výrobcov sa líši len málo.

Malo by sa vziať do úvahy, že pri objednávaní súpravy zariadení na kľúč budú náklady na samotné solárne panely iba 30-40% z celkovej sumy. Doba návratnosti takýchto projektov je 5-10 rokov a závisí od úrovne spotreby energie a možnosti predaja prebytočnej elektriny do mestskej siete.

Niektorí remeselníci radšej zostavujú solárne panely vlastnými rukami. Na našej webovej stránke sú články s podrobným popisom technológie výroby takýchto panelov, ich zapojenia a usporiadania solárnych vykurovacích systémov.

Odporúčame vám prečítať si:

1. Ako vyrobiť solárnu batériu vlastnými rukami: pokyny na vlastnú montáž
2. Solárne vykurovacie systémy: analýza vykurovacích technológií založených na solárnych systémoch
3. Schéma pripojenia solárnych panelov: k regulátoru, k batérii a servisovaným systémom

Závery a užitočné video na túto tému

Prezentované videá ukazujú fungovanie rôznych solárnych panelov v reálnych podmienkach. Pomôžu vám tiež porozumieť otázkam výberu súvisiaceho vybavenia.

Pravidlá pre výber solárnych panelov a súvisiaceho vybavenia:

Typy solárnych panelov:

Testovanie monokryštalických a polykryštalických panelov:

Pre obyvateľstvo a malé priemyselné zariadenia v súčasnosti neexistuje reálna alternatíva k panelom z kryštalického kremíka.Ale tempo vývoja nových typov solárnych panelov nám umožňuje dúfať, že solárna energia sa čoskoro stane hlavným zdrojom elektriny v mnohých vidieckych domoch.

Pozývame všetkých, ktorí sa zaujímajú o problematiku výberu a používania solárnych panelov, aby zanechali komentáre, položili otázky a zapojili sa do diskusií. Kontaktný formulár sa nachádza v dolnom bloku.