Ηλιακά πάνελ για το σπίτι: πώς να επιλέξετε τα καλύτερα πάνελ

Σήμερα, τα ηλιακά πάνελ έχουν γίνει πραγματικές πηγές εναλλακτικής τροφοδοσίας για μια ιδιωτική κατοικία. Αντιπροσωπεύονται ευρέως στην αγορά και η χρήση ηλιακού μίνι-ηλεκτρικού σταθμού είναι αρκετά κερδοφόρα. Αυτή η κατάσταση οφείλεται στη συνεχή αύξηση της παραγωγής ηλιακών συλλεκτών και πρόσθετου εξοπλισμού, στη μείωση των τιμών για τα στοιχεία του συστήματος και, ως εκ τούτου, στο κόστος παραγωγής.

Η αρχή λειτουργίας της ηλιακής μπαταρίας

Οποιαδήποτε ηλιακή μπαταρία είναι ένας φωτοβολταϊκός μετατροπέας που χρησιμοποιεί το φως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επί του παρόντος, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο σε ημιαγωγικά υλικά έχει πρακτική αξία.

Το φαινόμενο βασίζεται στην εμφάνιση ελεύθερων φορέων ηλεκτρικού φορτίου σε ανομοιογενείς δομές ημιαγωγών όταν εκτίθενται σε φωτόνια φωτός. Παρατηρείται σε διάφορους ημιαγωγούς - με βάση το πυρίτιο, το αρσενίδιο του γαλλίου, το τελλουρίδιο του καδμίου, τα μεγάλα μόρια πολυμερούς.

Λόγω της εμφάνισης ελεύθερων φορέων, η ενέργεια των οποίων δεν είναι αρκετή για να ξεπεραστεί το διάκενο ζώνης, σχηματίζεται μια διαφορά δυναμικού (τάση) μεταξύ των ηλεκτροδίων του στοιχείου. Όταν συνδέονται εξωτερικά κυκλώματα, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ τους.

Σχέδιο ηλιακών συλλεκτών

Φωτοκύτταρα που βασίζονται σε διάφορους ημιαγωγούς μετατρέπουν διάφορα μέρη του ηλιακού φάσματος σε ηλεκτρική ενέργεια.Έτσι, μονάδες κρυσταλλικού πυριτίου συλλαμβάνουν έως και 80% της ακτινοβολίας με κόκκινη μετατόπιση, στοιχεία φιλμ που βασίζονται σε άμορφο πυρίτιο μπορούν επίσης να λειτουργήσουν στην υπέρυθρη περιοχή, το διοξείδιο του τιτανίου απορροφά ιώδεις και υπεριώδεις ακτίνες.

Σε ορισμένα εργαστηριακά δείγματα, οι ερευνητές πλησίασαν το όριο του 50%. Εάν επιτευχθούν τα ίδια αποτελέσματα στη βιομηχανική παραγωγή, το κόστος παραγωγής μπορεί να μειωθεί περισσότερο από το μισό σε σύγκριση με το τρέχον επίπεδο.

Τύποι ηλιακών συλλεκτών

Το κύριο χαρακτηριστικό της ταξινόμησης των ηλιακών πλαισίων είναι τα υλικά ημιαγωγών που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή. Σήμερα, περισσότερο από το 80% καταλαμβάνεται από ηλιακούς συλλέκτες με βάση το πυρίτιο. Είναι αυτοί οι τύποι που έχουν λάβει την ευρύτερη δυνατή εμπορική χρήση, προσφέρονται από τη συντριπτική πλειοψηφία των πωλητών που εργάζονται στον κλάδο.

Με τη σειρά τους, τα ηλιακά πάνελ πυριτίου χωρίζονται σε:

Τύποι ηλιακών συλλεκτών πυριτίου

Μονοκρυσταλλικά ηλιακά κύτταρα πυριτίου

Τα μονοκρυσταλλικά ηλιακά κύτταρα είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένα κύτταρα κατασκευασμένα από λεπτές (240 microns) μονοκρυσταλλικές γκοφρέτες πυριτίου. Οι οπτικοί άξονες είναι προσανατολισμένοι προς την ίδια κατεύθυνση, χρησιμοποιείται υλικό υψηλής καθαρότητας (πάνω από 99,99%). Αυτό εξασφαλίζει μέγιστη απόδοση μετατροπής.Με απόδοση θεωρητικά δυνατή για στοιχείο πυριτίου 30%, σε σειριακά δείγματα, το ποσοστό φτάνει το 18-24%.

Εξωτερικά, οι μπαταρίες μονοκρυστάλλου διακρίνονται εύκολα - έχουν βαθύ μαύρο χρώμα, το στοιχείο διαμορφώνεται σε κανονικό τετράγωνο (ορθογώνιο) με κομμένες γωνίες κατά την κοπή.

Η τεχνολογία για την παραγωγή τέτοιων ηλιακών κυψελών είναι ο κάτοχος ρεκόρ όσον αφορά το κόστος μεταξύ των κυψελών πυριτίου. Το υψηλό κόστος παραγωγής εξηγείται από τις πολύπλοκες διαδικασίες καθαρισμού των πρώτων υλών, καλλιέργειας ενός κρυστάλλου και κοπής με ακρίβεια.

Ως αποτέλεσμα, οι μονοκρυσταλλικές μπαταρίες έχουν την υψηλότερη τιμή - περίπου 0,9-1,1 δολάρια ανά 1 W ισχύος.

Τέτοια στοιχεία έχουν επίσης ένα άλλο σοβαρό μειονέκτημα - λόγω του ακριβούς προσανατολισμού των οπτικών αξόνων των κρυστάλλων, η βέλτιστη επιστροφή μπορεί να επιτευχθεί μόνο όταν οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν κάθετα στο επίπεδο του στοιχείου. Με μια σημαντική αλλαγή στη γωνία φωτισμού, καθώς και στο διάσπαρτο φως, παρατηρείται απότομη μείωση της παραγωγής.

Κυψέλες πολυκρυσταλλικού πυριτίου

Κυψέλες πολυκρυσταλλικού πυριτίου

Στις πολυκρυσταλλικές μπαταρίες, η κυψέλη περιλαμβάνει μια πλειάδα κρυστάλλων με τυχαίο προσανατολισμό των οπτικών αξόνων. Η παραγωγή τους δεν απαιτεί πρώτες ύλες με υψηλό βαθμό καθαρισμού - μπορούν να χρησιμοποιηθούν δευτερεύουσες πηγές (ιδίως ανακυκλωμένες μπαταρίες πυριτίου), απόβλητα από μεταλλουργική παραγωγή.

Ως αποτέλεσμα, το κόστος κατασκευής μειώνεται σημαντικά. Ωστόσο, αυτό μειώνει επίσης την απόδοση μετατροπής - τα καλύτερα δείγματα δείχνουν απόδοση 15-18%.

Εξωτερικά, πολυκρυσταλλικές είναι κανονικές ορθογώνιες πλάκες κορεσμένου μπλε χρώματος. Το κόστος δημιουργίας "μπλε" πάνελ είναι περίπου 0,7-0,9: ανά 1 W.Ταυτόχρονα, παρουσιάζουν σημαντικά μικρότερη μείωση του διάχυτου φωτισμού και της πρόσπτωσης φωτός σε γωνίες άλλες από 90 μοίρες.

Άμορφες μπαταρίες πυριτίου

Κατασκευάζονται από άμορφο (μη κρυσταλλικό) πυρίτιο a-Si με εναπόθεση ατμών υδριδίου του πυριτίου σε εύκαμπτο υπόστρωμα. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνεται ένα σταθερό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ήδη σε πάχος φιλμ αρκετών μικρών.

Η τεχνολογική διαδικασία είναι σημαντικά φθηνότερη λόγω της ελάχιστης ποσότητας απαιτούμενων πρώτων υλών πυριτίου, των μειωμένων απαιτήσεων για την καθαρότητά του και της απουσίας πολύπλοκων εργασιών, όπως η ανάπτυξη ενός κρυστάλλου και η κοπή του.

Η απόδοση μετατροπής είναι περίπου 8-11%, το κόστος παραγωγής κυμαίνεται στο εύρος 0,5-0,7% ανά 1 W. Το κύριο μειονέκτημα τέτοιων μπαταριών είναι η χαμηλή απόδοση μετατροπής, η οποία απαιτεί μεγάλη επιφάνεια για την παροχή της απαιτούμενης ισχύος. Ωστόσο, αντισταθμίζεται περισσότερο από την ικανότητα εγκατάστασης σε οποιαδήποτε επιφάνεια - ένα εύκαμπτο υπόστρωμα δεν απαιτεί ούτε βάσεις και ειδικές κατασκευές για εγκατάσταση.

Επιπλέον, οι σύγχρονες πολυμορφικές μονάδες μπορούν να λειτουργούν στην περιοχή υπερύθρων, γεγονός που μειώνει σημαντικά τις απώλειες απόδοσης υπό διάχυτο φωτισμό. Ως αποτέλεσμα, το μερίδιο των άμορφων στοιχείων σήμερα αντιπροσωπεύει περίπου το 10% της παγκόσμιας αγοράς.

Μπαταρίες CdTe λεπτής μεμβράνης

Μπαταρίες CdTe λεπτής μεμβράνης

Τα ηλιακά κύτταρα με βάση το τελλουρίδιο του καδμίου (CdTe) μπορούν να γίνουν μια πραγματική εναλλακτική λύση για τα κύτταρα πυριτίου. Επί του παρόντος, επιδεικνύουν απόδοση μετατροπής, κατά μέσο όρο, 20% υψηλότερη από παρόμοιο άμορφο πυρίτιο με κόστος 20% χαμηλότερο.Αυτό επιτυγχάνεται λόγω των μοναδικών χαρακτηριστικών του ημιαγωγού, ο οποίος παρέχει το βέλτιστο διάκενο ζώνης.

Τέτοια πάνελ κατασκευάζονται με την εφαρμογή ενός στρώματος ημιαγωγού υλικού σε λεπτές μεμβράνες. Η τεχνολογία εξακολουθεί να είναι διαθέσιμη σε περιορισμένο αριθμό κατασκευαστών, αλλά η σειριακή παραγωγή τέτοιων μπαταριών έχει ήδη ξεκινήσει από την αμερικανική εταιρεία First Solar.

Πολυμερή ηλιακά πάνελ

Στις πολυμερείς ηλιακές μονάδες, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο παρέχεται από ένα στρώμα "πολυμερούς ημιαγωγού" - μεγάλα μόρια οργανικών ενώσεων. Επί του παρόντος, η τεχνολογία τέτοιων προϊόντων είναι κοντά στην ανάπτυξη παραγωγής μεγάλης κλίμακας (ορισμένες ευρωπαϊκές εταιρείες έχουν ήδη δημιουργήσει εμπορική παραγωγή).

Πολυμερή ηλιακά πάνελ

Η απόδοση μετατροπής τέτοιων συσκευών εκτιμάται ότι κυμαίνεται από 8-11%. Λόγω της φθηνής παραγωγής που σπάει ρεκόρ, της χρήσης εύκαμπτων πολυμερών υλικών και της απουσίας προβλημάτων απόρριψης, στο εγγύς μέλλον, οι ηλιακές μονάδες πολυμερούς θα μπορούν να ανταγωνιστούν σοβαρά τα ήδη κατασκευασμένα προϊόντα.

Οι κατασκευαστές αναπτύσσουν επίσης ενεργά ηλιακά πάνελ με βάση:

Η επιλογή των ηλιακών συλλεκτών

Κατά την επιλογή ηλιακών συλλεκτών, είναι απαραίτητο να προσδιορίσετε όχι μόνο τον τύπο, αλλά και τις ηλεκτρικές παραμέτρους - ισχύ και τάση.

Τύπου

Επιλέξτε τον τύπο του ηλιακού πάνελ από τις συνθήκες ηλιοφάνειας (αριθμός ηλιόλουστων ημερών, ένταση ακτινοβολίας):

• Έτσι, οι μπαταρίες μονοκρυσταλλικού πυριτίου είναι αρκετά κατάλληλες για εγκατάσταση στις νότιες περιοχές.
• Στη Μέση λωρίδα και σε άλλα ρωσικά εδάφη, η καλύτερη επιλογή θα ήταν τα πολυκρυσταλλικά πάνελ, τα οποία έχουν αποδειχθεί καλά σε συνθήκες διάχυτου φωτισμού.
• Στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη, πρέπει να δοθεί μεγαλύτερη προσοχή σε άμορφες μονάδες, οι οποίες επιτρέπουν τη δημιουργία μιας σημαντικής περιοχής μπαταρίας χωρίς πρόσθετες εργασίες εγκατάστασης.

Η κατηγορία της ποιότητας θέλει επίσης προσοχή. Στη σήμανση των μπαταριών, αυτή η παράμετρος υποδεικνύεται ως Grade A, B ή C. Ceteris paribus, θα πρέπει να προτιμώνται τα προϊόντα βαθμού Α - θα διαρκέσουν 20-30 χρόνια με μικρή (όχι περισσότερο από 20%) υποβάθμιση.

Κατηγορίες χαμηλότερης ποιότητας κατανέμονται στα προϊόντα με βάση τα αποτελέσματα των εργοστασιακών δοκιμών, οι οποίες αποκαλύπτουν απόκλιση από τις ονομαστικές παραμέτρους όχι μεγαλύτερη από 5% (Βαθμός Β) και 30% (Βαθμός C) κατά τη λειτουργία.

Ισχύς και τάση

Η ισχύς των πάνελ καθορίζεται ως εξής:

• Υπολογίστε τη μέση συνολική κατανάλωση ρεύματος (σύμφωνα με τους δείκτες του ηλεκτρικού μετρητή, τους λογαριασμούς ρεύματος). Για τη μέση ημερήσια κατανάλωση, τα μηνιαία στοιχεία διαιρούνται με τον αριθμό των ημερών.
• Προστίθεται 20-30% στο αποτέλεσμα που προκύπτει για να ληφθεί ένα περιθώριο, λαμβάνοντας υπόψη τον συντελεστή μετατροπής (απώλειες στη φόρτιση της μπαταρίας και στη λειτουργία του μετατροπέα).
• Με βάση τα δεδομένα που λαμβάνονται, η ισχύς εξόδου των πάνελ υπολογίζεται λαμβάνοντας υπόψη τη διάρκεια των ωρών της ημέρας. Για τους υπολογισμούς, λαμβάνεται ίσο με 6 ώρες, αντίστοιχα, η ισχύς της μπαταρίας πρέπει να υπερβαίνει τη μέση κατανάλωση κατά 4 φορές.
• Επιλέξτε τάση πίνακα. Κατά κανόνα, οι κατασκευαστές προσφέρουν μπαταρίες με τάση εξόδου 12V.Ωστόσο, για να φορτιστούν συσκευές αποθήκευσης και να αυξηθεί η απόδοση της μετατροπής της άμεσης τάσης σε εναλλασσόμενη τάση στον μετατροπέα (ειδικά σε υψηλή ισχύ), είναι πιο κερδοφόρο να έχουμε υψηλότερες τιμές.
  Τυπική χρήση:
  • 12 V για συστήματα έως 1 kW.
  • 24 V ή 36 V - έως 5 kW.
  • 48 V - περισσότερα από 5 kW.

Τέτοιες τάσεις λαμβάνονται με τη σύνδεση πάνελ σε σειρά.

• Η μέγιστη ισχύς καθορίζεται αθροίζοντας την ισχύ όλων των καταναλωτών στο σπίτι.
• Η μέγιστη ισχύς προσδιορίζεται με ένα περιθώριο 10-20%, για παράδειγμα, για τα ρεύματα εκκίνησης των ηλεκτροκινητήρων και τη λειτουργία των θερμαντικών στοιχείων του συστήματος ζεστού νερού, των πλυντηρίων και των πλυντηρίων πιάτων κ.λπ.
• Η μέγιστη ισχύς καθορίζει το μέγιστο ρεύμα των πάνελ.
• Τα βιβλία αναφοράς βρίσκουν τον συντελεστή ηλιοφάνειας (καλοκαίρι και χειμώνα) για την περιοχή.

Για περαιτέρω υπολογισμούς, χρησιμοποιήστε τον τύπο:

P = Kc * Wn * Ki, λαμβάνοντας υπόψη

• Кс - εποχιακός συντελεστής, για τη θερινή ώρα λαμβάνεται ίσος με 0,5, για το χειμώνα - 0,7.
• Ki είναι ο συντελεστής ηλιοφάνειας για θερινή και χειμερινή ώρα.
• Το Wn είναι η ονομαστική ισχύς του πίνακα.

Έχοντας επιλέξει πολλά μοντέλα μπαταριών στους καταλόγους των κατασκευαστών, για καθένα από αυτά, η ισχύς παραγωγής υπολογίζεται χειμώνα και καλοκαίρι.

Στη συνέχεια, ο απαιτούμενος αριθμός πάνελ προσδιορίζεται διαιρώντας τη μέση κατανάλωση ενέργειας που υπολογίστηκε παραπάνω (με περιθώριο) με την ισχύ παραγωγής. Οι υπολογισμοί πραγματοποιούνται για τις χειμερινές και καλοκαιρινές περιόδους, με αποτέλεσμα να παίρνουν μεγαλύτερη αξία.

Μετά τους υπολογισμούς ελέγξτε:

Εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών

Δεν υπάρχουν αυστηρές απαιτήσεις για την εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών. Ο ηλιακός συλλέκτης μπορεί να τοποθετηθεί υπό γωνία, σε κάθετη ή οριζόντια επιφάνεια. Ταυτόχρονα, άκαμπτα πάνελ (μονο- και πολυκρυσταλλικά) τοποθετούνται σε ένα άκαμπτο πλαίσιο, στερεωμένο στα σημεία στερέωσης χρησιμοποιώντας πλήρεις συνδετήρες. Οι μπαταρίες σε ελαστική βάση επιτρέπουν την τοποθέτηση σε ανώμαλες επιφάνειες (για παράδειγμα, κυματιστή οροφή).

Οι συνδέσεις μεταξύ των πάνελ πραγματοποιούνται με αγώγιμους αγωγούς με ακραία εξαρτήματα. Η διατομή των στοιχείων που μεταφέρουν ρεύμα υπολογίζεται από την τιμή του ονομαστικού και του μέγιστου ρεύματος.

Όταν επιλέγετε μια θέση και τη γωνία εγκατάστασης, θα πρέπει να λάβετε υπόψη την κύρια προϋπόθεση για τη μέγιστη παραγωγή - τη συχνότητα του ηλιακού φωτός κάθετα στο επίπεδο της μπαταρίας.

Αυτό μπορεί να επιτευχθεί:

Επιπλέον, για τα μονοκρυστάλλινα πάνελ, είναι σημαντικό να φροντίζετε για την απουσία σκίασης - στο διάχυτο φως, η απόδοσή τους πέφτει δραματικά.

Συχνά ζητείται

Ανασκόπηση βίντεο με υπολογισμούς για ηλιακούς συλλέκτες