Solarni paneli visoke efikasnosti. Šta utiče na efikasnost i efikasnost solarnih panela

Datum dodavanja: 30.04.2015

Danas se obnovljivi izvori energije, posebno tamo gdje se koristi solarna energija, vrlo intenzivno razvija. S tim u vezi, nastavlja se aktivna potraga za metodama i uređajima, povećavajući produktivnost postojećih sistema koji omogućavaju najefikasnije pretvaranje solarne energije u električnu. Ovdje se mogu razlikovati dva smjera - direktna konverzija sunčevog zračenja u električnu struju i višestruka konverzija sunčeve energije - u toplinu, zatim u mehanički rad, a zatim u električnu energiju. Do sada su bolji rezultati postignuti u drugom pravcu – industrijska solarna postrojenja sa koncentratorima, turbinama ili Stirlingovim motorima pokazuju odličnu produktivnost u pretvaranju solarne energije. Dakle, na solarnoj stanici sa solarnim koncentratorima i Stirling motorima koja radi u Novom Meksiku, dobijena je izlazna efikasnost, uzimajući u obzir potrošnju energije za sistem orijentacije i tako dalje - 31,25%.

Ali takve solarne elektrane su izuzetno složene i skupe, efikasne su u uslovima veoma visoke sunčeve insolacije i još uvek nisu dovoljno razvijene u svetu. Dakle, direktni pretvarači sunčevog zračenja - solarni paneli , zauzimaju vodeću poziciju u svijetu solarne energije po instalacijama i spektru primjena. Produktivnost serijskih industrijskih solarnih panela danas je, ovisno o tehnologiji, u rasponu od 7 do 20%. Tehnologije ne miruju, one se razvijaju i poboljšavaju, nove ćelije se već razvijaju i testiraju, barem dvostruko produktivnije od postojećih. Pokušajmo ukratko razmotriti glavne pravce razvoja fotonaponskih panela, tehnologije i njihovu produktivnost.

Velika većina ćelija solarnih pretvarača modernih serijskih fotomodula napravljena je od monokristalnog (C-Si) ili polikristalnog (MC-Si) silicijuma. Do danas, takvi silicijumski fotonaponski moduli zauzimaju oko 90% tržišta fotonaponskih pretvarača, od čega je otprilike 2/3 polikristalni silicijum, a 1/3 monokristalni. Slijede solarni moduli čije su fotoćelije izrađene tehnologijom tankog filma – metodom taloženja, odnosno taloženja fotoosjetljivih tvari na različite podloge. Značajna prednost modula od ovih elemenata je niža cijena proizvodnje, jer im je potrebno oko 100 puta manje materijala u odnosu na silikonske pločice. A do sada su najmanje zastupljene višespojne solarne ćelije iz takozvanih tandem ili višespojnih ćelija.

Tržišni udjeli fotonaponskih panela različitih tehnologija:

Silikonski kristalni fotomoduli.

Efikasnost ćelija silicijumskih modula danas je oko 15 - 20% (polikristali - monokristali). Ovaj pokazatelj u cjelini uskoro bi mogao biti povećan za nekoliko posto. Na primjer, SunTech Power, jedan od najvećih svjetskih proizvođača kristalnih silikonskih modula, najavio je svoju namjeru da u narednih nekoliko godina lansira fotonaponske module sa efikasnošću od 22%. Postojeći laboratorijski uzorci monokristalnih ćelija pokazuju produktivnost od 25%, polikristalnih - 20,5%. Teoretski maksimalna efikasnost silicijumskih jednospojnih (p-n) elemenata je 33,7%. Dok se to ne postigne, glavni zadatak proizvođača, pored povećanja efikasnosti ćelija, jeste unapređenje tehnologije proizvodnje i smanjenje cene fotomodula.

Zasebno su pozicionirani Sanyo fotomoduli proizvedeni korištenjem HIT tehnologije (Heterojuction with Intrinsic Thin layer) koristeći nekoliko slojeva silicija, slično kao tandem višeslojne ćelije. Efikasnost takvih elemenata od monokristalnog C-Si i nekoliko slojeva nanokristalnog nc-Si iznosi 23%. Ovo je najveći indeks efikasnosti ćelija serijskih kristalnih modula, svojevrsnih nano-solarnih baterija.

Efikasnost tankoslojnih solarnih ćelija.

Ovaj naziv se odnosi na nekoliko različitih tehnologija, čija će izvedba biti ukratko opisana. Trenutno postoje tri glavna tipa neorganskih filmskih solarnih ćelija - silikonski filmovi na bazi amorfnog silicijuma (a-Si), filmovi na bazi kadmijum telurida (CdTe) i bakar-indijum-galijum selenid (CuInGaSe2, ili CIGS) filmovi. Efikasnost modernih tankoslojnih solarnih ćelija na bazi amorfnog silicijuma je oko 10%, fotomodula na bazi kadmijum telurida - 10-11% (First Solar), na bazi bakar-indijum-galijum selenida - 12-13% (japanski solarni moduli SOLARNA FRONTIER). Indikatori efikasnosti za predserijske ćelije: CdTe imaju efikasnost od 15,7% (MiaSole moduli), a CIGS ćelije 18,7% (EMPA). Efikasnost pojedinačnih tankoslojnih solarnih ćelija je mnogo veća, na primer, podaci o performansama laboratorijskih uzoraka ćelija od amorfnog silicijuma - 12,2% (United Solar), CdTe ćelija - 17,3% (First Solar), CIGS ćelija - 20,5 % (ZSW). Do sada su solarni pretvarači na bazi tankih filmova amorfnog silicijuma vodeći po proizvodnji među ostalim tankoslojnim tehnologijama - obim svjetskog tržišta tankoslojnih Si elemenata je oko 80%, solarne ćelije na bazi kadmijum telurida - oko 18% tržišta, a bakar-indijum-galijum selenid - 2% tržišta. To je prije svega zbog cijene i dostupnosti sirovina, kao i veće stabilnosti karakteristika nego kod višeslojnih struktura. Uostalom, silicijum je jedan od najčešćih elemenata u zemljinoj kori, dok se indijum (CIGS elementi) i telur (CdTe elementi) raspršuju i iskopavaju u malim količinama. Osim toga, kadmij (CdTe elementi) je toksičan, iako svi proizvođači takvih solarnih modula garantuju potpuno odlaganje svojih proizvoda. Takođe, proces degradacije u elementima tankoslojnih modula odvija se brže od kristalnih ćelija. Dalji razvoj fotoelektričnih pretvarača na bazi neorganskih tankih filmova povezan je sa unapređenjem tehnologije proizvodnje i stabilizacijom njihovih parametara.

Tankoslojne solarne ćelije također uključuju organske/polimerne tankoslojne fotoosjetljive elemente i osjetljive boje. U tom pravcu, komercijalna upotreba solarnih ćelija je i dalje ograničena, sve je u laboratorijskoj fazi, kao i u poboljšanju tehnologije buduće masovne proizvodnje. Brojni izvori objavili su postizanje efikasnosti elemenata na organskim konverterima od više od 10%: njemačka kompanija Heliatek - 10,7%, Kalifornijski univerzitet UCLA - 10,6%. Grupa naučnika iz laboratorije na EPFL-u postigla je efikasnost od 12,3% za ćelije napravljene od senzibiliziranih boja. Općenito, smjer organskih tankoslojnih elemenata, kao i boja osjetljivih na svjetlost, smatra se jednim od najperspektivnijih. Redovno se daju izjave o postizanju još jednog rekorda efikasnosti, tehnologiji koja prevazilazi zidove laboratorija, pokrivajući sve raspoložive površine visokoefikasnim i jeftinim solarnim pretvaračima u bliskoj budućnosti - kompanije Konarka, Dyesol, Solarmer Energy. Rad je usmjeren na poboljšanje stabilnosti karakteristika, smanjenje troškova tehnologije.

Karakteristike višeslojnih (višeslojnih, tandemskih) solarnih panela.

Ćelije takvih elemenata sadrže slojeve različitih materijala koji formiraju nekoliko p-n spojeva. Idealna solarna ćelija bi u teoriji trebala imati stotine različitih slojeva (p-n spojeva), od kojih je svaki podešen na mali raspon svjetlosnih valnih dužina u cijelom spektru, od ultraljubičastog do infracrvenog. Svaki prelaz apsorbuje sunčevo zračenje na određenoj talasnoj dužini, pokrivajući tako ceo spektar. Glavni materijal za takve elemente su jedinjenja galija (Ga) - galijum indijum fosfid, galijum arsenid itd.

Jedno od posebnih rješenja za pretvaranje cjelokupnog sunčevog spektra je korištenje prizmi koje razlažu sunčevu svjetlost u spektre koncentrisane na jednospojne elemente s različitim rasponima konverzije zračenja. Uprkos činjenici da istraživanja u oblasti višespojnih solarnih ćelija traju već dve decenije, a fotomoduli iz takvih ćelija uspešno rade u svemiru (solarne baterije stanice Mir, Mars Exploration Rover, itd.), njihova praktična zemaljska upotreba je počela relativno nedavno. Prvi komercijalni proizvodi bazirani na takvim elementima ušli su na tržište prije nekoliko godina i pokazali odlične rezultate, a istraživanja u tom smjeru neprestano privlače pažnju. Činjenica je da teorijska efikasnost dvoslojnih ćelija može biti 42% efikasnosti, troslojnih 49%, a ćelija sa beskonačnim brojem slojeva - 68% nefokusirane sunčeve svetlosti. Granica produktivnosti ćelija sa beskonačnim brojem slojeva je 86,8% kada se koristi koncentrisano sunčevo zračenje. Do danas, praktični rezultati efikasnosti ćelija sa više spojeva su oko 30% na nefokusiranoj sunčevoj svetlosti. To nije dovoljno da se nadoknade troškovi proizvodnje takvih ćelija - trošak ćelije s više spojeva je oko 100 puta veći od cijene silikonske slične po površini, stoga, u dizajnu modula iz višespojnih ćelija, koncentratori se koriste za fokusiranje svjetlosti 500 - 1000 puta. Koncentrator u obliku Fresnelovog sočiva i paraboličnog ogledala prikuplja sunčevu svjetlost sa površine 1000 puta veće od površine ćelije. Ukupna cijena fotomodula iz ćelija sa više spojeva koji koriste koncentratore (CPV) značajno je smanjena u cijeni zbog jeftinih sočiva i supstrata, nadoknađujući visoku cijenu proizvodnje same ćelije. Istovremeno se produktivnost ćelija povećava i do 40%.

Specifikacije solarnih panela. Na primjer, ćelije SolFocus 5,5 mm x 5,5 mm imaju efikasnost od 40% kada se koriste koncentratori; a prosječne veličine ćelija u CPV sistemima kreću se od 5,5 mm x 5,5 mm do 1 cm x 1 cm Šta je potrebno za proizvodnju 1 cm? ćelije zahtevaju 1/1000 sirovog materijala u poređenju sa ćelijom slične produktivnosti od kristalnog silicijuma. Da bi ćelije sa više spojeva radile sa maksimalnom efikasnošću, neophodan je konstantan visok intenzitet sunčevog zračenja, za to se koriste dvoosni sistemi orijentacije CPV sistema. Mjesta za postavljanje solarnih farmi baziranih na modulima iz višespojnih ćelija sa koncentratorima su regije sa visokom solarnom insolacijom.

Maksimalna efikasnost višespojnih ćelija, dobijena u laboratorijskim uslovima korišćenjem koncentratora, trenutno iznosi 43,5% (Solar Junction), a predviđa se da će porasti na 50% u narednih nekoliko godina.

Kao što vidite, danas postoje solarne ćelije visoke produktivnosti, proizvedene korištenjem različitih tehnologija, a glavni zadatak proizvođača je smanjenje cijene finalnog proizvoda, prilagođavanje laboratorijskih istraživanja za masovnu proizvodnju. Unatoč maloj potrošnji sirovina u tankoslojnim solarnim ćelijama, cijena pojedinih komponenti u različitim oblicima je prilično visoka, kao što su i same proizvodne tehnologije energetski intenzivne. Dugoročna stabilnost parametara ostaje upitna. Solarne ćelije sa više spojeva su i dalje veoma skupe, a za maksimalnu efikasnost zahtevaju i povećanu koncentraciju sunčevog zračenja. Stoga će ćelije kristalnog silicija u bliskoj budućnosti imati vodeću poziciju na tržištu fotonaponskih pretvarača, s padom cijena. Oni će biti zamijenjeni samo efikasnim i jeftinim tankoslojnim modulima, eventualno napravljenim od polimernih poluprovodnika ili boja osjetljivih na svjetlost. Ali prognoze u razvoju ove ili one tehnologije nisu zahvalan zadatak. Sačekaj i vidi.

Ideja korištenja solarne energije za grijanje kuće ili za druge potrebe nije nova, razvijeni su uređaji koji to omogućavaju svakome. U mnogim zemljama krovni solarni paneli su prije pravilo nego izuzetak. Naša država još ne spada u njih, ali kod nas se ovakve instalacije već mogu vidjeti sve češće. Solarni sistemi za dom mogu biti dva tipa. Prvi su solarni kolektori, koji zagrijavaju rashladnu tekućinu koja teče u njima. Drugi su solarni paneli koji proizvode električnu energiju. O njima ćemo govoriti u nastavku.

Solarni paneli pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu energiju. Baterija se sastoji od brojnih fotoelektričnih pretvarača, koji se češće nazivaju fotonaponskim ćelijama. Broj pretvarača u bateriji je proizvoljan, veza je serijski paralelna. Kako se određuje broj fotoćelija? Potrebna struja i napon. Pretvornici se postavljaju na neku ravnu površinu jedan pored drugog. Zbog svog izgleda, takve strukture se često nazivaju "solarnim panelima".

Solarni paneli za privatnu kuću u nekim zemljama - uobičajena pojava

Nezgodno je koristiti solarne panele prevelike površine u svakodnevnom životu, a ako nema dovoljno snage najvećeg, nekoliko uređaja se povezuje u kaskadu. Ako je potrebno više energije, može biti potrebna značajna površina: može se zauzeti cijeli krov, ponekad zidovi kuće i dio lokalnog područja. Stoga se solarni paneli češće koriste za privatnu kuću: postoji gdje ih postaviti veliki broj. Vlasnici stanova mogu koristiti samo prozore i balkone.

Mogućnosti upotrebe

Kako se solarni paneli mogu koristiti za grijanje kuće? Samo za smanjenje računa za električnu energiju, ali i kao rezervni izvor u slučaju nestanka struje. To će pomoći da se postigne ista energetska nezavisnost, a ne zamrzne sistem grijanja u nedostatku centraliziranog napajanja.

Koliko je realno da solarna baterija može zadovoljiti potrebe električne energije? Ako govorimo o grijanju vode, onda je ovo stvarno: za održavanje performansi sistema bit će potrebno maksimalno 200-300 W / h. Toliko u prosjeku "vuče" kotlovsku elektroniku + cirkulacijsku pumpu + moguće upravljačke uređaje i kontrolere. Ako imate veći sistem, uzmite pasoše i izračunajte potrebnu snagu. Za 300 Wh bit će dovoljna dva solarna panela srednje snage (njihove ukupne performanse bi trebale malo premašiti potrebe).

I nemojte misliti da u nedostatku sunca neće biti struje. Sistem uključuje baterije i inverter. Odaberite odgovarajuću snagu baterija, a njihovo punjenje, čak i pod najgorim vremenskim uvjetima, trajat će vam nekoliko dana rada sistema.

Usput, mnogi europski proizvođači opreme za grijanje osiguravaju zajednički rad svoje opreme sa solarnim pretvaračima (na primjer, plinski kotlovi i). Ali oni rade sa solarnim kolektorima (toplina vode) ili sa solarnim panelima, morate pogledati svaku vrstu opreme.

Ako je sve ozbiljnije. Snaga većine ovih grijača se izračunava u kilovatima. Za proizvodnju ove količine energije bilo bi potrebno mnogo panela za obradu sunčeve energije. Ugradnja sistema solarnih panela za grijanje privatne kuće s električnim podovima može rezultirati vrlo pristojnim iznosom. Ali sistem je dobar jer se njegova snaga može postepeno povećavati. Vi ćete, ako je moguće, povećati broj panela i količinu proizvedene električne energije.

Ako želite, možete sačuvati: . Takve domaće opcije koštat će nekoliko puta jeftinije od fabričkih. I to unatoč činjenici da ćete morati kupiti gotove fotokonvertore: njihova proizvodnja u zanatskim uvjetima je nerealan zadatak. Stoga - samo spreman. Efikasnost domaćih solarnih panela bit će niža od fabričkih, ali je cijena nekoliko puta niža.

Proračun solarnih panela za kuću

Insolacija (količina sunčeve energije) uvelike varira u različitim mjesecima. Stoga prvo morate odlučiti koji dio električne energije i za koji period ćete proizvoditi. Ako želite samostalno vježbati svih 100% u bilo koje doba godine, morat ćete računati prema najgorem mjesecu sa minimalnim brojem sunčanih dana. Ali onda se postavlja pitanje: šta učiniti s viškom električne energije koji će se proizvoditi u drugim mjesecima. Ako planirate da boravite samo tokom baštenske sezone, razmislite o najnižoj insolaciji tokom ovog perioda. Generalno, princip je jasan.

Zatim morate izračunati koliko energije vaš solarni sistem treba da proizvede za vaš dom. Da biste to učinili, unesite sve električne uređaje u tablicu, a iz njihovih pasoša unesite podatke o snazi, potrošnji struje i opterećenju u vatima. Isključivanjem zvučnika saznat ćete koliko struje po satu treba sva vaša oprema i uređaji. Jasno je da je malo vjerovatno da će se svi oni uključiti u isto vrijeme. Možete pokušati izračunati koji od njih rade u isto vrijeme i odabrati solarne panele prema ovoj slici.

Kako izbrojati broj solarnih panela, pogledajmo primjer. Neka potreba za strujom bude 10 kW/h, insolacija u obračunskom mjesecu 2 kW/h. Snaga baterije koju su namjeravali kupiti je 250 W (0,25 kW). Sada smatramo 10 / 2 / 0,25 = 20 kom. Odnosno, potrebno vam je 20 solarnih panela.

Da biste smanjili potrošnju električne energije, trebate zamijeniti sve žarulje sa žarnom niti LED diodama, a svu staru neekonomičnu opremu štedljivom - tada vam neće trebati tako veliki broj solarnih panela.

Vrste solarnih panela

Postoje različite vrste fotonaponskih pretvarača. Štoviše, materijal od kojeg su napravljeni i tehnologija se razlikuju. Svi ovi faktori direktno utiču na performanse ovih pretvarača. Neke solarne ćelije imaju efikasnost od 5-7%, a najuspješniji noviji razvoj pokazuju 44% ili više. Jasno je da je udaljenost od razvoja do domaće upotrebe ogromna, kako u vremenu tako iu novcu. Ali možete zamisliti šta nas čeka u bliskoj budućnosti. Drugi rijetki zemni metali se koriste za postizanje boljih performansi, ali s poboljšanim performansama, imamo pristojan rast cijene. Prosječna učinkovitost relativno jeftinih solarnih pretvarača je 20-25%.

Najčešće silicijumske solarne ćelije. Ovaj poluvodič je jeftin, njegova proizvodnja je savladana dugo vremena. Ali oni nemaju najveću efikasnost - tih istih 20-25%. Stoga se, uz svu raznolikost, danas uglavnom koriste tri tipa solarnih pretvarača:

• Najjeftinije su tankoslojne baterije. Oni su tanak sloj silicijuma na materijalu nosača. Silikonski sloj je prekriven zaštitnim filmom. Prednost ovih elemenata je u tome što rade čak i pri difuznom svjetlu, pa ih je moguće ugraditi čak i na zidove zgrada. Nedostaci - niska efikasnost od 7-10%, i, uprkos zaštitnom sloju, postepena degradacija silikonskog sloja. Međutim, zauzimajući veliku površinu, možete dobiti struju čak i po oblačnom vremenu.
• Polikristalne solarne ćelije su napravljene od rastopljenog silicijuma koji ga polako hladi. Ovi elementi se mogu razlikovati po svojoj jarko plavoj boji. Ovi solarni paneli imaju najbolju produktivnost: efikasnost je 17-20%, ali su neefikasni u difuznoj svjetlosti.
• Najskuplji od cijelog trojstva, ali u isto vrijeme prilično rasprostranjeni, su monokristalni solarni paneli. Dobijaju se cijepanjem jednog kristala silikona u pločice i imaju karakterističnu geometriju sa zakošenim uglovima. Ovi elementi imaju efikasnost od 20% do 25%.

Sada, vidjevši natpise "mono solarni panel" ili "polikristalna solarna ćelija", shvatit ćete da je riječ o metodi za proizvodnju silicijumskih kristala. Takođe ćete znati koliko efektivnost možete očekivati ​​od njih.

Baterija sa monokristalnim pretvaračima

Efikasnost solarnog panela zimi

Vjerovatno ćete se iznenaditi, ali u zimskom danu samo 1,5-2 puta manje energije pada na vertikalnu površinu nego ljeti. Ovi podaci su za centralnu Rusiju. Tokom dana, slika je gora: tokom ovog perioda ljeti dobijamo 4 puta više energije. Ali obratite pažnju: na okomitoj površini. Odnosno na zidu. Ako govorimo o horizontalnoj površini, onda je razlika već 15 puta.

Najtužnija slika proizvodnje solarne energije ne očekuje vas zimi, već u jesen: po oblačnom vremenu njihova efikasnost je 20-40 puta manja, u zavisnosti od gustine oblačnosti. Zimi, nakon pada snijega, insolacija (količina svjetlosti koja pada na baterije) u sunčanim danima može se približiti ljetnim vrijednostima. Stoga solarni sistemi za dom proizvode više električne energije zimi nego u jesen.

Ispostavilo se da je za postizanje skoro maksimalne efikasnosti zimi potrebno postaviti solarne panele okomito ili gotovo okomito. A, ako ih objesite na zidove, onda po mogućnosti na jugoistoku: ujutro je, prema statistikama, češće vedro vrijeme. Ako nema jugoistočnog zida, ili je nemoguće bilo šta postaviti na njega, možete se izvući iz situacije izradom posebnih postolja. Zatim su postavili solarne panele na krov. Budući da ugao upada sunčeve svjetlosti varira ovisno o godišnjem dobu, preporučljivo je napraviti stalak s podesivim kutom nagiba. Postoji mogućnost - okrenite solarne panele "licem" na jugoistok, nema te mogućnosti, neka "pogledaju" na jug.

Pravila instalacije

Efikasnost silicijumskih solarnih ćelija zavisi od količine sunčeve energije koja pada na njih (ceo spektar zračenja). Faktori na koje nekako možemo uticati su:

Na performanse mnogih tipova pretvarača utiču temperaturni indikatori: opseg upotrebe silicijumskih elemenata je od -40 o C do +50 o C. I niže i više temperature negativno utiču na performanse. Ako ljeti imate aktivno sunce, važno je spriječiti pregrijavanje. Da biste to učinili, ispod ploče možete staviti bijelu krpu ili foliju (efikasnije). Ako to ne pomogne i ploča se pregrije, zarotirajte je ili ponovno postavite. Bit će potrebno odabrati položaj u kojem će se promatrati toplinski režim, a performanse će ostati prilično visoke.

Ovi uređaji pokazuju svoju maksimalnu produktivnost ako sunčeve zrake padaju pod uglom od 90 o. Nažalost, to nije moguće cijeli dan, već samo na kratko. Postoje posebni sistemi za praćenje koji menjaju ugao panela tako da svetlost stalno pada pod željenim uglom, ali to su skupe instalacije.

Pa ipak, možete pronaći optimalni kut za ugradnju solarnih panela. Samo uz neznatno odstupanje od idealnog (manje od 50 o), performanse malo opadaju, za oko 5%. Pravu potvrdu ovoga možete vidjeti u videu.

Za svaku regiju ugao ugradnje solarnih panela je različit. Može se odrediti eksperimentalno (kao što ste vidjeli), ili se može postaviti na osnovu geografske širine - ovaj nagib se smatra najboljim. Mnogo ovisi o orijentaciji panela: ako ga okrenete na sjever ili istok, optimalni kut će biti manji.

Solarni paneli na krovu

Prije svega, morate saznati hoće li krov izdržati dodatno opterećenje. Jedan ili dva modula će izdržati bilo koji, ali za više ćete morati računati.

Za pouzdano pričvršćivanje moraju biti pričvršćeni na najmanje četiri točke. Štoviše, ako montirate montažne ploče, nemojte biti lijeni da proučite upute za instalaciju: ako je barem jedna od točaka prekršena, oprema se uklanja iz jamstva. U većini slučajeva, zahtjevi su:

Sistemi za montažu solarnih panela mogu biti različiti. Postoje gotovi (prodaju se na istom mjestu kao i sami paneli), ali je sasvim moguće koristiti one napravljene vlastitim rukama. Važno je samo koristiti pouzdane materijale otporne na koroziju. Debljina šina i pričvršćivača mora biti velika: moraju izdržati i opterećenja vjetra i masu ploča s najdebljim snježnim pokrivačem.

Jedan od načina postavljanja solarnih panela na krov privatne kuće može se vidjeti u videu.

Sada malo o električnom sklopu. Dijagram povezivanja solarnih baterija, osim samih pretvarača, predviđa sljedeće:

• kontroler punjenja sa priključenim baterijama;
• pretvarač (inverter) koji pretvara jednosmernu struju u naizmeničnu;
• osigurači za zaštitu od kratkih spojeva (povećaće sigurnost i vaše i sistema).

Regulator i pretvarač imaju ograničenja struje i napona. Ukupni parametri solarnog sistema spojenog na vaš dom ne bi trebali biti veći od njih. Za električno povezivanje baterija u jedan sistem potrebno je koristiti samo one žice koje su izvučene.

Za spajanje panela koristi se bakarni provodnik u UV otpornoj izolaciji. Ako se žice u odgovarajućoj izolaciji ne pronađu, sakrijte ih u valovito vanjsko crijevo. Debljina žičanih žila zavisi od očekivane jačine struje u sistemu i od dužine vodova, ali minimalni poprečni presek je 4 mm 2. Spajanje provodnika poželjno je vršiti pomoću konektora, a ne na zavojima. MC4 se preporučuje jer se provodnici koji izlaze iz većine solarnih nizova završavaju upravo takvim konektorima. Ovi konektori su dobri jer pružaju čvrstu vezu, što je važno na krovovima. Ali ne instaliraju sve firme konektore ovog standarda. U jeftinim modelima (posebno kineskim) može biti još nešto, pa provjerite prilikom kupovine.

Sada o redoslijedu povezivanja opreme na sistem. Za sigurnu vezu slijedite sljedeći redoslijed:

1. Baterije su spojene na kontroler s ispravnim polaritetom. Žice - bakrene, sekcija se bira ovisno o snazi ​​kontrolera.
2. Solarni paneli su povezani na kontroler. Polaritet se takođe mora poštovati.
3. 12 V potrošači su spojeni na regulator preko osigurača.
4. Na baterije je spojen inverter (preko osigurača), a na njegov izlaz su već priključeni potrošači od 220 V. Povezivanje pretvarača direktno na kontroler je nemoguće: morat ćete kupiti nove uređaje. A to je otprilike 600-1000 dolara, ovisno o kompaniji i kapacitetu.

Nemojte zanemariti redoslijed povezivanja - ovo je najsigurniji algoritam koji jamči (s obzirom na polaritet) radni uvjet sistema.

Konačno, još jedna opcija za ugradnju na krov ljetne kuće s podesivim kutom nagiba. Možda će vam video biti koristan.

Solarni paneli su jedinstveni pretvarač energije svetlosnih zraka u električnu energiju sa neograničenim eksternim izvorom. Sve veća potražnja za ovim proizvodima je zbog dostupnosti i ekološke prihvatljivosti opskrbe energijom bez potrošnje rashladne tekućine, kao i ekonomskog povrata za 2 godine sa minimalnim vijekom trajanja panela od 25 godina.

Poluvodiči ili filmski polimeri služe kao osnova, ploča od slojeva različitog polariteta pretvara svjetlost u usmjereno kretanje elektrona - ovaj fizički fenomen je isti za sve solarne ćelije. Istovremeno, takav dizajn ograničava efikasnost fotokonvertera, dio energije fotona se neizbježno gubi pri prolasku kroz granicu p-n spoja. U praksi na efikasnost baterija utiču mnogi faktori: materijal, površina, lokacija, intenzitet svetlosnog toka, koji se uzima u obzir prilikom kupovine i rada.

Ovisnost efikasnosti od vrste fotokonvertera

Ovaj indikator je definiran kao postotak generirane električne energije prema snazi ​​upadne sunčeve svjetlosti. Na vrijednost utiče čistoća ploče i njena struktura: film, poli- ili monokristal. Potonji tipovi su među najskupljim i dugoročnijim povratom, pristupačni solarni paneli visoke efikasnosti za dom i dalje se proizvode samo od slojeva silikona različitog polariteta. Manje efikasni su kadmijum terurid i CIGS paneli proizvedeni na bazi filmske tehnologije. Efikasnost kadmijumskih baterija je samo 11%, ali su jeftine i prilično pouzdane u radu. Nešto viši pokazatelj za film sa deponovanim česticama galija, bakra, indija i selena, CIGS fotoćelije su efikasne 15%.

Poređenja radi: efikasnost monokristalnih silicijumskih pretvarača je 25%, dok je za tankoslojne ili amorfne podmodule od istog materijala maksimalno 10, uređaji na bazi organskih polimera imaju minimalnu vrednost od 5%. Mnogo zavisi od površine panela, pojedinačne solarne ćelije su ograničene u proizvodnji električne energije.

Efikasnost malih solarnih panela ne dopušta im da se koriste za potpuno opskrbu energijom, ali su dovoljni za pokretanje nekih vrsta elektronike. U svakom slučaju, povećanje efikasnosti uređaja i minimiziranje njihove cijene je prioritetni zadatak moderne energetike.

Faktori koji utiču na efikasnost solarnih panela

Faktor efikasnosti ne zavisi samo od materijala i tehnologije koji se koristi, već i od čitavog niza spoljašnjih uslova:

1. Intenzitet svjetlosnog toka. Zauzvrat, ovaj indikator je povezan s geografskim koordinatama locirane baterije, posebno sa zemljopisnom širinom.

2. Ugao nagiba konstrukcije. U idealnom slučaju, trebali biste instalirati solarne panele koji ga mijenjaju na osnovu gradijenta incidencije zraka. Takav sistem je skuplji, ali vam omogućava da akumulirate impresivnu količinu električne energije (do 40-60%) i da budete manje ovisni o sezoni i dobu dana.

3. Temperature okoline. Zagrijavanje loše utiče na fotoelektrični efekat, ventilirane baterije imaju vrlo visoku efikasnost. Paradoksalno, oni proizvode više energije u mraznom, vedrom vremenu nego po vrućem vremenu (iako je ukupni kumulativni efekat smanjen zbog kratkog dnevnog vremena).

4. Godišnja doba. U praksi se efikasnost solarnih panela zimi smanjuje za 2-8 puta, ali to nije zbog snježnih padavina: brzo se topi na tamnoj površini, osim toga, fotokonvertori savršeno percipiraju raspršenu svjetlost.

5. Dusty. Što je vanjski dio solarnih panela čišći, to će se više fotona pretvoriti, pa se radi povećanja efikasnosti preporučuje brisanje radnih površina najmanje jednom u dvije godine.

6. Sjene. Nije tajna da je efikasnost solarnih panela u oblačnom vremenu značajno smanjena, nema smisla postavljati ih u maglovitim i kišnim područjima, isto vrijedi i za zasjenjena područja. Nepoželjno je postavljati panele u hladovini visokog drveća ili susjednih kuća, pri odabiru lokacije prednost se daje južnoj strani.

Kristalna rešetka perovskita CH3NH3PbI3

Wikimedia Commons

Američki istraživači su pokazali da u solarnim ćelijama baziranim na perovskitima, nosioci naboja sa viškom energije mogu prijeći znatnu udaljenost prije nego što je rasprše u obliku topline. To znači da je fotonaponske ćelije sasvim moguće implementirati na vruće nosače, za koje je teoretska granica efikasnosti dvostruko veća od one kod konvencionalnih silicijumskih, u praksi. Istraživanje objavljeno u časopisu Nauka.

U današnjim najčešćim solarnim ćelijama koje koriste silicijum kao poluprovodnik, teoretski moguća efikasnost je jedva veća od 30 procenata. To je zbog činjenice da silikonske ćelije mogu samo djelomično koristiti spektar sunčeve svjetlosti. Fotoni sa energijama ispod praga jednostavno se ne apsorbuju, a oni sa previsokom energijom dovode do stvaranja takozvanih toplih nosača naboja (na primer, elektrona) u fotoćeliji. Životni vek potonjih je oko pikosekunde (10-12 sekundi), a zatim se "hlade", odnosno raspršuju višak energije u obliku toplote. Kada bi se mogli prikupiti vrući nosači, to bi podiglo teorijsku granicu efikasnosti na 66 posto, odnosno udvostručilo je. Iako je u nekim eksperimentima uočeno malo očuvanje energije, elementi na vrućim nosačima ostaju prilično hipotetički.

Naučnici sa Univerziteta Purdue i Nacionalne laboratorije za obnovljivu energiju (SAD) doprinijeli su proučavanju nove obećavajuće klase fotonaponskih ćelija zasnovanih na perovskitima i pokazali da u takvim ćelijama topli nosači ne samo da imaju produženi vijek trajanja (do 100 pikosekundi), već i takođe su u stanju da "prođu kroz" značajne udaljenosti od nekoliko stotina nanometara (što je uporedivo sa debljinom sloja poluprovodnika).

Organometalni perovskiti su dobili ime po svojoj kristalnoj strukturi. U suštini ponavlja strukturu prirodnog minerala - perovskita, ili kalcijum titanata. Hemijski su pomiješani halogenidi olova i organskih katjona. Autori rada su koristili uobičajeni perovskit na bazi olovnog jodida i metilamonijuma. Na osnovu činjenice da je vek trajanja vrućih nosača u perovskitima značajno produžen u odnosu na druge poluprovodnike, autori su odlučili da otkriju koliko daleko topli nosači mogu da se prenesu tokom njihovog hlađenja. Koristeći ultra-brzu mikroskopiju, istraživači su bili u mogućnosti da direktno posmatraju transport vrućih nosača u tankim perovskitnim filmovima visoke prostorne i vremenske rezolucije.

Transport toplih nosača u poluprovodniku tokom prve pikosekunde nakon ekscitacije

Guo et al / Nauka 2017

Ispostavilo se da je sporo hlađenje u perovskitima povezano sa opsegom do 600 nanometara. To znači da su nosioci naboja sa viškom energije teoretski u stanju da savladaju sloj poluvodiča i dođu do elektrode, odnosno da se mogu prikupiti (međutim, autori rada ne raspravljaju kako to tehnički implementirati). Stoga se solarne ćelije na toplim nosačima mogu implementirati koristeći perovskite kao osnovu.

Za višeslojne višekomponentne fotonaponske ćelije, koje uključuju galijum arsenid, indijum, germanijum sa inkluzijama fosfora, do danas je registrovana maksimalna efikasnost koja je dostigla i do 46%. Takvi poluprovodnici efikasnije koriste svjetlost apsorbirajući različite dijelove spektra. Njihova proizvodnja je vrlo skupa, pa se takvi elementi koriste samo u svemirskoj industriji. Ranije smo pisali i o elementima na bazi kadmijum telurida, koji se mogu proizvoditi u obliku fleksibilnih i tankih filmova. Unatoč činjenici da ukupan doprinos proizvodnji električne energije iz solarne energije još uvijek ne prelazi 1%, stopa rasta se može nazvati eksplozivnom. Posebno su zainteresirane za korištenje obnovljive solarne energije zemlje poput Indije i Kine. Google je krajem 2016. najavio da će ove godine u potpunosti preći na obnovljive izvore energije.

Trenutno se u svakodnevnom životu uglavnom koriste silikonske fotoćelije, čija je stvarna efikasnost 10-20 posto. Elementi na bazi perovskita pojavili su se prije manje od 10 godina i odmah su izazvali zasluženo interesovanje (o njima smo već pisali). Efikasnost takvih ćelija se brzo povećava i praktički je dostigla 25 posto, što je uporedivo s najboljim primjerima silikonskih fotoćelija. Osim toga, vrlo su jednostavni za proizvodnju. Unatoč tehnološkom uspjehu, fizički principi rada perovskitnih ćelija su relativno malo proučavani, stoga rad naučnika iz Sjedinjenih Država o kojem se raspravlja daje važan doprinos temeljnim osnovama fotonaponske tehnike i, naravno, podrazumijeva perspektivu daljnjeg povećanje efikasnosti solarnih ćelija.

Daria Spasskaya

Niska efikasnost solarnih baterija jedan je od glavnih nedostataka modernih solarnih sistema. Do danas, jedan kvadratni metar fotoćelije može proizvesti oko 15-20% snage zračenja koje pada na njega.

Takav razvoj zahtijeva ugradnju velikih baterija za potpuno napajanje. Štaviše, da bi se postigao potreban izlazni napon, oni su međusobno povezani serijski ili paralelno. U tom slučaju njihova površina može doseći nekoliko četvornih metara.

Efikasnost solarnih panela zavisi od niza faktora:

• materijal fotoćelija;
• gustina sunčevog toka;
• sezona;
• temperatura;
• i sl.

Razgovarajmo više o svakom faktoru.

Materijal fotoćelije

Dijele se u tri tipa, ovisno o načinu formiranja atoma silicija:

• polikristalni;
• monokristalni;
• amorfne silikonske ploče.

Polikristalni paneli su napravljeni od čistog silicijuma i imaju relativno visoku efikasnost - 14-17%.

Monokristalni paneli su manje efikasni u pretvaranju solarne energije. Njihova efikasnost je oko 10-12%. Ali niska potrošnja energije za proizvodnju takvih pretvarača čini ih pristupačnijim.

Amorfne silikonske (ili tankoslojne) ploče su jednostavne i jeftine za proizvodnju, a kao rezultat toga, pristupačne. Međutim, njihova efikasnost je mnogo niža od prethodne dvije vrste - 5-6%. Osim toga, elementi tankoslojnih silicijumskih pretvarača vremenom gube svojstva.

Tankofilne baterije se takođe prave od čestica bakra, indija, galija i selena. Ovo neznatno povećava njihove performanse.

Radite u svim vremenskim uslovima

Grafikon zavisnosti snage od vremenskih uslova Ovaj indikator zavisi od geografske lokacije panela: što je bliže ekvatoru, veća je gustina sunčevog zračenja.

Zimi se učinak solarnih ćelija može smanjiti od 2 do 8 puta. To se prije svega objašnjava nakupljanjem snijega na njima, smanjenjem trajanja i broja sunčanih dana.

Važno je zapamtiti: zimi pazite na nagib panela jer je sunce niže nego inače.

Uslovi za efikasan rad

Da bi baterija radila efikasno, morate uzeti u obzir nekoliko nijansi:

• ugao baterije prema suncu;
• temperatura;
• odsustvo senke.

Ugao između radne površine sonde i sunčevih zraka trebao bi biti blizu prave linije. U ovom slučaju će efikasnost fotoćelija, pod jednakim uslovima, biti maksimalna. Za povećanje efikasnosti, pored njih, ugrađen je i sistem za praćenje sunca, koji mijenja nagib u odnosu na položaj zvijezde. Ali to je rijetko zbog visoke cijene opreme.