Päikesepaneelid koju: kuidas valida parimaid paneele

Tänapäeval on päikesepaneelidest saanud eramaja tõelised alternatiivse toiteallika allikad. Need on turul laialdaselt esindatud ja päikeseenergia minielektrijaama kasutamine on üsna tulus. Selline olukord on tingitud päikesepaneelide ja lisaseadmete tootmise pidevast kasvust, süsteemielementide hindade langusest ja sellest tulenevalt ka tootmiskuludest.

Päikesepatarei tööpõhimõte

Iga päikesepatarei on fotogalvaaniline muundur, mis kasutab elektrienergia tootmiseks valgust. Praegu on pooljuhtmaterjalide fotoelektrilisel efektil praktiline väärtus.

Efekt põhineb vabade elektrilaengukandjate ilmnemisel ebahomogeensetes pooljuhtstruktuurides valguse footonitega kokkupuutel. Seda täheldatakse erinevates pooljuhtides - räni, galliumarseniidi, kaadmiumtelluriidi, suurte polümeeri molekulide baasil.

Seoses vabade kandjate ilmumisega, mille energiast ribalaiuse ületamiseks ei piisa, tekib elemendi elektroodide vahel potentsiaalide erinevus (pinge). Kui välisahelad on ühendatud, tekib nende vahel elektrivool.

Päikesepaneelide skeem

Erinevatel pooljuhtidel põhinevad fotoelemendid muudavad päikesespektri erinevad osad elektrienergiaks.Seega püüavad kristallilise räni moodulid kuni 80% kiirgusest punanihkega, infrapunapiirkonnas võivad toimida ka amorfsel ränil põhinevad kileelemendid, titaandioksiid neelab. violetsed ja ultraviolettkiired.

Mõnes laboriproovis jõudsid teadlased 50% piiri lähedale. Kui tööstuslikus tootmises saadakse samad tulemused, võib tootmiskulusid vähendada praeguse tasemega võrreldes enam kui poole võrra.

Päikesepaneelide tüübid

Päikesemoodulite klassifikatsiooni põhijooneks on valmistamisel kasutatud pooljuhtmaterjalid. Tänapäeval on üle 80% ränipõhised päikesepaneelid. Just need tüübid on leidnud võimalikult laialdast kaubanduslikku kasutust, neid pakub valdav enamus selles valdkonnas töötavaid müüjaid.

Ränist päikesepaneelid omakorda jagunevad:

Ränist päikesepaneelide tüübid

Monokristallilised räni päikesepatareid

Monokristallilised päikesepatareid on elektriliselt ühendatud elemendid, mis on valmistatud õhukestest (240 mikronit) räni monokristallplaatidest. Optilised teljed on orienteeritud samas suunas, kasutatakse kõrge puhtusastmega materjali (üle 99,99%). See tagab konversiooni maksimaalse efektiivsuse.Kui ränielemendi kasutegur on teoreetiliselt võimalik 30%, seeriaproovides ulatub see näitaja 18-24%.

Väliselt on ühekristallpatareisid lihtne eristada - neil on sügav must värv, element on lõikamise käigus vormitud korrapäraseks ruuduks (ristkülikuks), mille nurgad on lõigatud.

Selliste päikesepatareide tootmise tehnoloogia on ränielementide kulude rekordiomanik. Tootmise kõrge hind on seletatav tooraine puhastamise, monokristalli kasvatamise ja täpse lõikamise keerukate protsessidega.

Selle tulemusena on monokristallilistel akudel kõrgeim hind - umbes 0,9-1,1 dollarit 1 W võimsuse kohta.

Sellistel elementidel on ka veel üks tõsine puudus – tänu kristallide optiliste telgede täpsele orientatsioonile saab optimaalse tagasituleku vaid siis, kui päikesekiired langevad elemendi tasapinnaga risti. Valgustuse nurga ja hajutatud valguse olulise muutumisega täheldatakse generatsiooni järsku vähenemist.

Polükristallilised ränielemendid

Polükristallilised ränielemendid

Polükristallilistes akudes sisaldab element palju kristalle, mille optilised teljed on juhuslikult orienteeritud. Nende tootmine ei vaja kõrge puhastusastmega toorainet - kasutada saab sekundaarseid allikaid (eriti taaskasutatud räni patareisid), metallurgiatööstuse jäätmeid.

Selle tulemusena vähenevad tootmiskulud oluliselt. See aga vähendab ka muundamise efektiivsust – parimad proovid näitavad efektiivsust 15-18%.

Väliselt on polükristallilised küllastunud sinise värviga tavalised ristkülikukujulised plaadid. "Siniste" paneelide genereerimise maksumus on umbes 0,7-0,9: 1 W kohta.Samal ajal näitavad need oluliselt vähem hajutatud valgustuse ja valguse langemise vähenemist muude nurkade kui 90 kraadi korral.

Amorfsed räni patareid

Need on valmistatud amorfsest (mittekristallsest) ränist a-Si, sadestades ränihüdriidi auru elastsele substraadile. Selle tulemusena saadakse stabiilne fotoelektriline efekt juba mitme mikroni paksuse kile korral.

Tehnoloogiline protsess on oluliselt odavam tänu minimaalsele nõutavale räni toorainele, vähenenud nõuetele selle puhtusele ning keeruliste toimingute puudumisele, nagu kristalli kasvatamine ja lõikamine.

Muundamise efektiivsus on umbes 8-11%, tootmiskulud jäävad vahemikku 0,5-0,7% 1 W kohta. Selliste akude peamiseks puuduseks on madal muundamise efektiivsus, mis nõuab vajaliku võimsuse tagamiseks suurt ala. Seda kompenseerib aga enam kui võimalus paigaldada mis tahes pinnale – painduv aluspind ei vaja paigaldamiseks ühtlast alust ja erikonstruktsioone.

Lisaks saavad kaasaegsed polümorfsed moodulid töötada infrapunakiirguse vahemikus, mis vähendab oluliselt efektiivsuskadusid hajutatud valgustuse korral. Selle tulemusena moodustab amorfsete elementide osakaal tänapäeval umbes 10% maailmaturust.

Õhukese kilega CdTe akud

Õhukese kilega CdTe akud

Kaadmiumtelluriidil (CdTe) põhinevad päikesepatareid võivad saada tõeliseks alternatiiviks ränielementidele. Praegu näitavad nad keskmiselt 20% kõrgemat konversioonitõhusust kui sarnane amorfne räni 20% madalama hinnaga.See saavutatakse tänu pooljuhi ainulaadsetele omadustele, mis tagab optimaalse ribalaiuse.

Sellised paneelid valmistatakse õhukestele kiledele pooljuhtmaterjali kihi kandmisega. Tehnoloogia on endiselt saadaval piiratud arvule tootjatele, kuid selliste akude seeriatootmise on juba käivitanud Ameerika ettevõte First Solar.

Polümeerist päikesepaneelid

Polümeersete päikesemoodulite puhul tagab fotoelektrilise efekti "polümeerse pooljuhi" kiht - suured orgaaniliste ühendite molekulid. Praegu on selliste toodete tehnoloogia lähedal suurtootmise kasutuselevõtule (mõned Euroopa ettevõtted on juba loonud kommertstootmise).

Polümeerist päikesepaneelid

Selliste seadmete konversioonitõhusus jääb hinnanguliselt vahemikku 8-11%. Rekordiliselt odava tootmise, paindlike polümeermaterjalide kasutamise ja kõrvaldamisega seotud probleemide puudumise tõttu suudavad polümeersed päikesemoodulid lähitulevikus tõsiselt konkureerida juba valmistatud toodetega.

Tootjad arendavad aktiivselt ka päikesepaneele, mis põhinevad:

Päikesepaneelide valik

Päikesepaneelide valimisel on vaja kindlaks määrata mitte ainult tüüp, vaid ka elektrilised parameetrid - võimsus ja pinge.

Tüüp

Valige päikesepaneeli tüüp insolatsioonitingimustest (päikseliste päevade arv, kiirguse intensiivsus):

• Niisiis sobivad monokristallilised ränipatareid lõunapoolsetesse piirkondadesse paigaldamiseks üsna hästi.
• Keskmisel sõidurajal ja teistel Venemaa aladel oleks parim valik polükristallpaneelid, mis on end hästi tõestanud hajutatud valgustuse tingimustes.
• Põhjapoolsetel laiuskraadidel tuleks rohkem tähelepanu pöörata amorfsetele moodulitele, mis võimaldavad ilma täiendavate paigaldustöödeta luua märkimisväärse aku pindala.

Tähelepanu nõuab ka kvaliteedikategooria. Patareide märgistusel on see parameeter märgitud kui A-, B- või C-klass. Ceteris paribus tuleks eelistada A-klassi tooteid - need peavad vastu 20-30 aastat vähese (mitte rohkem kui 20%) lagunemisega.

Madalamad kvaliteedikategooriad määratakse toodetele tehasekatsete tulemuste põhjal, mis näitavad töötamise ajal mitte rohkem kui 5% (klass B) ja 30% (klass C) kõrvalekaldeid nominaalsetest parameetritest.

Võimsus ja pinge

Paneelide võimsus määratakse järgmiselt:

• Arvutage keskmine elektrienergia kogutarbimine (elektriarvesti näitajate järgi, elektriarved). Keskmise päevase tarbimise korral jagatakse igakuised näitajad päevade arvuga.
• Saadud tulemusele lisatakse marginaali saamiseks 20-30%, võttes arvesse teisendustegurit (kaod aku laetuses ja inverteri töös).
• Saadud andmete põhjal arvutatakse paneelide väljundvõimsus, võttes arvesse päevavalgustundide kestust. Arvutusteks võetakse see vastavalt 6 tunniks, aku võimsus peaks ületama keskmist tarbimist 4 korda.
• Valige paneeli pinge. Tootjad pakuvad reeglina akusid, mille väljundpinge on 12 V.Salvestusseadmete laadimiseks ja inverteri alalispinge vahelduvpingeks muundamise efektiivsuse suurendamiseks (eriti suure võimsusega) on aga tulusam kasutada suuremaid väärtusi.
  Standardne kasutus:
  • 12 V süsteemidele kuni 1 kW.
  • 24 V või 36 V - kuni 5 kW.
  • 48 V - üle 5 kW.

Sellised pinged saadakse paneelide järjestikku ühendamisel.

• Tippvõimsus määratakse maja kõigi tarbijate võimsuse summeerimisel.
• Tippvõimsus määratakse 10-20% marginaaliga näiteks elektrimootorite käivitusvoolude ja soojaveesüsteemi kütteelementide, pesu- ja nõudepesumasinate töötamiseks.
• Tippvõimsus määrab paneelide maksimaalse voolu.
• Teatmeteosed leiavad piirkonna insolatsioonikoefitsiendi (suvel ja talvel).

Edasiste arvutuste tegemiseks kasutage valemit:

P = Kc * Wn * Ki, võttes arvesse

• Кс - hooajaline koefitsient, suveajal võetakse see võrdseks 0,5, talvel - 0,7;
• Ki on suve- ja talveaja insolatsioonikoefitsient;
• Wn on paneeli nimivõimsus.

Olles valinud tootjate kataloogidest mitu akumudelit, arvutatakse neist igaühe jaoks generatsioonivõimsus talvel ja suvel.

Seejärel määratakse vajalik paneelide arv, jagades ülal arvutatud keskmise energiatarbimise (marginaaliga) tootmisvõimsusega. Arvutused tehakse talve- ja suveperioodide kohta, mille tulemusena saavad need suurema väärtuse.

Pärast arvutusi kontrollige:

Päikesepaneelide paigaldus

Päikesepaneelide paigaldamisel ei ole rangeid nõudeid. Päikesekollektorit saab paigaldada nurga all, vertikaalsele või horisontaalsele pinnale. Samal ajal paigaldatakse jäigale raamile jäigad paneelid (mono- ja polükristallilised), mis kinnitatakse kinnituskohtadesse terviklike kinnitusdetailide abil. Elastsel alusel olevad akud võimaldavad paigaldada ebatasastele pindadele (näiteks laineline katus).

Paneelide vahelised ühendused viiakse läbi keerdunud juhtmetega, millel on otsaliitmikud. Voolu kandvate elementide ristlõige arvutatakse nimi- ja maksimaalse voolu väärtuse järgi.

Asukoha ja paigaldusnurga valimisel tuleks arvestada maksimaalse genereerimise peamist tingimust - päikesevalguse langemist aku tasapinnaga risti.

Seda on võimalik saavutada:

Lisaks on ühekristallpaneelide puhul ülioluline hoolitseda varjutuse puudumise eest – hajutatud valguses langeb nende efektiivsus järsult.

Sageli küsitakse

Videoülevaade päikesepaneelide arvutustega