Napelemek otthoni használatra: hogyan válasszuk ki a legjobb paneleket

Manapság a napelemek a magánházak alternatív energiaellátásának valódi forrásaivá váltak. Széles körben képviseltetik magukat a piacon, és egy napelemes mini-erőmű használata meglehetősen jövedelmező. Ez a helyzet a napelemek és kiegészítő berendezések gyártásának folyamatos növekedésével, a rendszerelemek árának csökkenésével és ennek következtében a termelési költségekkel magyarázható.

A napelem működési elve

Minden napelem egy fotovoltaikus átalakító, amely fényt használ elektromos energia előállítására. Jelenleg a félvezető anyagok fotoelektromos hatásának gyakorlati értéke van.

A hatás azon alapul, hogy szabad elektromos töltéshordozók jelennek meg az inhomogén félvezető szerkezetekben, amikor fényfotonoknak vannak kitéve. Különböző félvezetőkben figyelhető meg - szilícium, gallium-arzenid, kadmium-tellurid, nagy polimer molekulák alapján.

A szabad hordozók megjelenése miatt, amelyek energiája nem elegendő a sávszélesség leküzdésére, potenciálkülönbség (feszültség) keletkezik az elem elektródái között. Külső áramkörök csatlakoztatásakor elektromos áram keletkezik közöttük.

Napelemek vázlata

A különböző félvezetőkre épülő fotocellák a nap spektrumának legkülönfélébb részeit alakítják át elektromos energiává, így a kristályos szilícium modulok a sugárzás akár 80%-át is vöröseltolással rögzítik, az amorf szilícium alapú filmelemek infravörös tartományban is működhetnek, a titán-dioxid elnyeli ibolya és ultraibolya sugarak.

Egyes laboratóriumi mintákban a kutatók megközelítették az 50%-os határt. Ha az ipari termelésben is ugyanezek az eredmények születnek, akkor a jelenlegi szinthez képest több mint felére csökkenhet az előállítási költség.

A napelemek típusai

A napelem modulok osztályozásának fő jellemzője a gyártás során felhasznált félvezető anyagok. Ma több mint 80%-át szilícium alapú napelemek foglalják el. Ezek a típusok kapták a lehető legszélesebb körű kereskedelmi felhasználást, ezeket kínálja az iparágban dolgozó eladók túlnyomó többsége.

A szilícium napelemeket viszont a következőkre osztják:

A szilikon napelemek típusai

Monokristályos szilícium napelemek

A monokristályos napelemek vékony (240 mikron) szilícium monokristály lapkákból készült elektromosan összekapcsolt cellák. Az optikai tengelyek azonos irányúak, nagy tisztaságú (több mint 99,99%) anyagot használnak. Ez biztosítja a maximális konverziós hatékonyságot.Egy szilícium elemnél elméletileg 30%-os hatásfokkal sorozatmintában ez a szám eléri a 18-24%-ot.

Külsőleg az egykristály akkumulátorok könnyen megkülönböztethetők - mélyfekete színűek, az elemet szabályos négyzetté (téglalappá) formálják, vágott sarkokkal a vágás során.

Az ilyen napelemek gyártásának technológiája a költség tekintetében rekorder a szilíciumelemek között. A magas előállítási költséget a nyersanyagok tisztításának, az egykristály termesztésének és a pontos vágásának összetett folyamatai magyarázzák.

Ennek eredményeként a monokristályos akkumulátorok ára a legmagasabb - körülbelül 0,9-1,1 dollár 1 W teljesítményenként.

Az ilyen elemeknek van egy másik komoly hátránya is - a kristályok optikai tengelyeinek precíz orientációja miatt az optimális visszatérés csak akkor érhető el, ha a napsugarak merőlegesen esnek az elem síkjára. A megvilágítási szög jelentős változásával, valamint a szórt fényben a generáció éles csökkenése figyelhető meg.

Polikristályos szilícium cellák

Polikristályos szilícium cellák

A polikristályos akkumulátorokban a cella több kristályt tartalmaz, amelyek optikai tengelyei véletlenszerűen vannak elhelyezve. Előállításukhoz nincs szükség magas tisztítási fokú nyersanyagokra - másodlagos források (különösen újrahasznosított szilícium akkumulátorok), kohászati ​​gyártásból származó hulladékok felhasználhatók.

Ennek eredményeként a gyártási költségek jelentősen csökkennek. Ez azonban az átalakítás hatékonyságát is csökkenti - a legjobb minták 15-18%-os hatékonyságot mutatnak.

Külsőleg a polikristályos szabályos téglalap alakú, telített kék színű lemezek. A "kék" panelek előállításának költsége körülbelül 0,7-0,9: 1 W.Ugyanakkor lényegesen kisebb csökkenést mutatnak a szórt megvilágításban és a fénybeesésben 90 foktól eltérő szögben.

Amorf szilícium akkumulátorok

Amorf (nem kristályos) szilícium-a-Si-ből készülnek úgy, hogy szilícium-hidrid gőzt helyeznek fel egy rugalmas hordozóra. Ennek eredményeként már több mikronos filmvastagságnál is stabil fotoelektromos hatás érhető el.

A technológiai eljárás lényegesen olcsóbb a minimális mennyiségű szilícium alapanyag, a tisztaságra vonatkozó csökkentett követelmények, valamint a bonyolult műveletek, például a kristály termesztése és darabolása hiánya miatt.

Az átalakítási hatásfok körülbelül 8-11%, az előállítás költsége 0,5-0,7% 1 W-onként. Az ilyen akkumulátorok fő hátránya az alacsony konverziós hatékonyság, amely nagy területet igényel a szükséges teljesítmény biztosításához. Ezt azonban bőven ellensúlyozza az a képesség, hogy bármilyen felületre felszerelhető – a rugalmas aljzat nem igényel egyenletes alapokat és speciális szerkezeteket a telepítéshez.

Emellett a modern polimorf modulok infravörös tartományban is működhetnek, ami jelentősen csökkenti a diffúz megvilágítás melletti hatékonysági veszteségeket. Ennek eredményeként az amorf elemek részesedése ma a világpiac mintegy 10%-át teszi ki.

Vékony filmes CdTe akkumulátorok

Vékony filmes CdTe akkumulátorok

A kadmium-tellurid (CdTe) alapú napelemek a szilíciumelemek valódi alternatívájává válhatnak. Jelenleg átlagosan 20%-kal magasabb konverziós hatékonyságot mutatnak, mint a hasonló amorf szilícium, 20%-kal alacsonyabb költség mellett.Ez a félvezető egyedi jellemzőinek köszönhető, amely biztosítja az optimális sávszélességet.

Az ilyen panelek úgy készülnek, hogy vékony filmekre félvezető anyagot visznek fel. A technológia még korlátozott számú gyártó számára elérhető, de az ilyen akkumulátorok sorozatgyártását az amerikai First Solar cég már elindította.

Polimer napelemek

A polimer napelem modulokban a fotoelektromos hatást egy "polimer félvezető" réteg biztosítja - szerves vegyületek nagy molekulái. Jelenleg az ilyen termékek technológiája közel áll a nagyüzemi termelés bevezetéséhez (néhány európai vállalat már bevezette a kereskedelmi termelést).

Polimer napelemek

Az ilyen eszközök konverziós hatásfoka a becslések szerint 8-11% közé esik. A rekordolcsó gyártás, a rugalmas polimer anyagok felhasználása és az ártalmatlanítási problémák hiánya miatt a közeljövőben a polimer napelem modulok komolyan felvehetik majd a versenyt a már gyártott termékekkel.

A gyártók aktívan fejlesztenek napelemeket is, amelyek a következőkön alapulnak:

A napelemek kiválasztása

A napelemek kiválasztásakor nemcsak a típust, hanem az elektromos paramétereket is meg kell határozni - teljesítmény és feszültség.

Típusú

Válassza ki a napelem típusát a besugárzási viszonyok közül (napsütéses napok száma, sugárzás intenzitása):

• Tehát a monokristályos szilícium akkumulátorok meglehetősen alkalmasak a déli régiókban történő telepítésre.
• A középső sávban és más orosz területeken a legjobb megoldás a polikristályos panelek, amelyek jól beváltak szórt fényviszonyok között.
• Az északi szélességi körökön nagyobb figyelmet kell fordítani az amorf modulokra, amelyek lehetővé teszik jelentős akkumulátorterület kialakítását további szerelési munkák nélkül.

A minőség kategóriája is figyelmet igényel. Az akkumulátorok jelölésénél ez a paraméter A, B vagy C osztályúként van feltüntetve. Ceteris paribus, az A osztályú termékeket kell előnyben részesíteni - 20-30 évig bírják kismértékű (legfeljebb 20%-os) lebomlás mellett.

Alacsonyabb minőségi kategóriákba sorolják azokat a termékeket a gyári tesztek eredményei alapján, amelyek üzem közben legfeljebb 5%-os (B fokozat) és 30%-nál (C fokozat) eltérést mutatnak a névleges paraméterektől.

Teljesítmény és feszültség

A panelek teljesítményét a következőképpen határozzuk meg:

• Számítsa ki az átlagos teljes energiafogyasztást (a villanyóra mutatói, villanyszámlák alapján). Az átlagos napi fogyasztás esetén a havi adatokat elosztjuk a napok számával.
• A kapott eredményhez 20-30%-ot adunk a haszonkulcs elérése érdekében, figyelembe véve a konverziós tényezőt (akkumulátor töltési és inverteres működési veszteségek).
• A kapott adatok alapján a panelek kimenő teljesítményét a nappali órák időtartamának figyelembevételével számítják ki. A számításokhoz 6 órával egyenlő, az akkumulátor teljesítményének 4-szer kell meghaladnia az átlagos fogyasztást.
• Válassza ki a panel feszültségét. A gyártók általában 12 V kimeneti feszültségű akkumulátorokat kínálnak.A tárolóeszközök feltöltése és az egyenfeszültség váltakozó feszültséggé alakításának hatékonyságának növelése érdekében azonban az inverteren (főleg nagy teljesítményen) kifizetődőbb a magasabb értékek használata.
  Normál használat:
  • 12 V 1 kW-ig terjedő rendszerekhez.
  • 24 V vagy 36 V - 5 kW-ig.
  • 48 V - több mint 5 kW.

Az ilyen feszültségek a panelek sorba kapcsolásával érhetők el.

• A csúcsteljesítményt a házban lévő összes fogyasztó teljesítményének összegzése határozza meg.
• A csúcsteljesítményt 10-20%-os ráhagyással határozzák meg például a villanymotorok indítóáramánál és a melegvíz-rendszer fűtőelemeinek működésénél, mosó- és mosogatógépeknél stb.
• A csúcsteljesítmény határozza meg a panelek maximális áramát.
• A referenciakönyvek megtalálják a terület sugárzási együtthatóját (nyáron és télen).

További számításokhoz használja a következő képletet:

P = Kc * Wn * Ki, figyelembe véve

• Кс – szezonális együttható, nyáron 0,5, télen 0,7;
• Ki a besugárzási együttható nyári és téli időszámításra;
• Wn a panel névleges teljesítménye.

Miután a gyártók katalógusaiban több akkumulátormodellt választottak ki, mindegyiknél a generálási teljesítményt télen és nyáron számítják ki.

Ezután a szükséges panelszámot úgy határozzuk meg, hogy a fent kiszámított átlagos teljesítményfelvételt (résszel) elosztjuk a termelési teljesítménnyel. A számításokat a téli és a nyári időszakra végzik, ennek eredményeként nagyobb értéket vesznek fel.

A számítások után ellenőrizze:

Napelemek telepítése

A napelemek telepítésére nincsenek szigorú követelmények. A napkollektor ferdén, függőleges vagy vízszintes felületre szerelhető. Ugyanakkor a merev paneleket (mono- és polikristályos) merev keretre szerelik fel, a rögzítési pontokon komplett rögzítőelemekkel rögzítik. Az elasztikus hátlapon lévő akkumulátorok lehetővé teszik egyenetlen felületekre (például hullámos tetőre) történő fektetést.

A panelek közötti csatlakozások sodrott vezetékekkel, végszerelvényekkel történnek. Az áramvezető elemek keresztmetszete a névleges és a maximális áram értékéből kerül kiszámításra.

A hely és a beépítési szög kiválasztásakor figyelembe kell venni a maximális generálás fő feltételét - a napfény beesését az akkumulátor síkjára merőlegesen.

Ezt lehet elérni:

Ezenkívül az egykristályos paneleknél kritikus fontosságú az árnyékolás hiánya - szórt fényben a hatékonyságuk drámaian csökken.

Gyakran kérdezik

Videó áttekintése napelemekkel kapcsolatos számításokkal