Pannelli solari per la casa: come scegliere i migliori pannelli

Oggi i pannelli solari sono diventati vere e proprie fonti di alimentazione alternativa per una casa privata. Sono ampiamente rappresentati sul mercato e l'uso di una mini centrale solare è piuttosto redditizio. Questa situazione è dovuta alla costante crescita della produzione di pannelli solari e apparecchiature aggiuntive, alla diminuzione dei prezzi degli elementi di sistema e, di conseguenza, al costo di generazione.

Il principio di funzionamento della batteria solare

Qualsiasi batteria solare è un convertitore fotovoltaico che utilizza la luce per produrre energia elettrica. Attualmente, l'effetto fotoelettrico nei materiali semiconduttori ha un valore pratico.

L'effetto si basa sulla comparsa di portatori di carica elettrica liberi in strutture semiconduttrici disomogenee quando esposte a fotoni luminosi. Si osserva in vari semiconduttori - a base di silicio, arseniuro di gallio, tellururo di cadmio, grandi molecole polimeriche.

A causa dell'aspetto di portatori liberi, la cui energia non è sufficiente per superare il gap di banda, si forma una differenza di potenziale (tensione) tra gli elettrodi dell'elemento. Quando i circuiti esterni sono collegati, si crea una corrente elettrica tra di loro.

Schema dei pannelli solari

Le fotocellule basate su vari semiconduttori convertono diverse parti dello spettro solare in energia elettrica, quindi i moduli in silicio cristallino catturano fino all'80% della radiazione con uno spostamento verso il rosso, gli elementi film a base di silicio amorfo possono operare anche nella gamma degli infrarossi, il biossido di titanio assorbe raggi viola e ultravioletti.

In alcuni campioni di laboratorio, i ricercatori si sono avvicinati al 50%. Se si ottengono gli stessi risultati nella produzione industriale, il costo di generazione può essere ridotto di oltre la metà rispetto al livello attuale.

Tipi di pannelli solari

La caratteristica principale della classificazione dei moduli solari sono i materiali semiconduttori utilizzati nella produzione. Oggi più dell'80% è occupato da pannelli solari a base di silicio. Sono questi tipi che hanno ricevuto l'uso commerciale più ampio possibile, sono offerti dalla stragrande maggioranza dei venditori che lavorano nel settore.

A loro volta, i pannelli solari al silicio si dividono in:

Tipi di pannelli solari in silicio

Celle solari in silicio monocristallino

Le celle solari monocristalline sono celle collegate elettricamente costituite da sottili wafer monocristallini di silicio (240 micron). Gli assi ottici sono orientati nella stessa direzione, viene utilizzato materiale ad alta purezza (oltre il 99,99%). Ciò garantisce la massima efficienza di conversione.Con un'efficienza teoricamente possibile per un elemento di silicio del 30%, nei campioni seriali, la cifra raggiunge il 18-24%.

Esternamente, le batterie monocristalline sono facili da distinguere: hanno un colore nero intenso, l'elemento ha la forma di un quadrato regolare (rettangolo) con angoli tagliati durante il taglio.

La tecnologia per la produzione di tali celle solari è il detentore del record in termini di costo tra le celle al silicio. L'alto costo di produzione è spiegato dai complessi processi di pulizia delle materie prime, coltivazione di un singolo cristallo e taglio accurato.

Di conseguenza, le batterie monocristalline hanno il prezzo più alto: circa 0,9-1,1 dollari per 1 W di potenza.

Tali elementi presentano anche un altro grave inconveniente: a causa del preciso orientamento degli assi ottici dei cristalli, il ritorno ottimale può essere ottenuto solo quando i raggi solari cadono perpendicolarmente al piano dell'elemento. Con un cambiamento significativo nell'angolo di illuminazione, così come nella luce diffusa, si osserva una forte diminuzione della generazione.

Celle in silicio policristallino

Celle in silicio policristallino

Nelle batterie policristalline, la cella comprende una pluralità di cristalli con un orientamento casuale degli assi ottici. La loro produzione non richiede materie prime con un elevato grado di purificazione: possono essere utilizzate fonti secondarie (in particolare batterie al silicio riciclate), scarti della produzione metallurgica.

Di conseguenza, il costo di produzione è notevolmente ridotto. Tuttavia, ciò riduce anche l'efficienza di conversione: i migliori campioni dimostrano un'efficienza del 15-18%.

Esternamente, i policristallini sono piastre rettangolari regolari di colore blu saturo. Il costo di generazione dei pannelli "blu" è di circa 0,7-0,9: per 1 W.Allo stesso tempo, mostrano una riduzione significativamente inferiore dell'illuminazione diffusa e dell'incidenza della luce ad angoli diversi da 90 gradi.

Batterie al silicio amorfo

Sono realizzati in silicio amorfo (non cristallino) a-Si depositando vapore di idruro di silicio su un substrato flessibile. Di conseguenza, si ottiene un effetto fotoelettrico stabile già con uno spessore del film di diversi micron.

Il processo tecnologico è notevolmente più economico a causa della quantità minima di materie prime di silicio richieste, dei requisiti ridotti per la sua purezza e dell'assenza di operazioni complesse, come la crescita di un cristallo e il taglio.

L'efficienza di conversione è di circa l'8-11%, il costo di generazione è compreso tra lo 0,5 e lo 0,7% per 1 W. Lo svantaggio principale di tali batterie è la bassa efficienza di conversione, che richiede un'ampia area per fornire la potenza richiesta. Tuttavia, è più che compensato dalla possibilità di installare su qualsiasi superficie: un supporto flessibile non richiede nemmeno basi e strutture speciali per l'installazione.

Inoltre, i moderni moduli polimorfici possono funzionare nella gamma degli infrarossi, riducendo notevolmente le perdite di efficienza in condizioni di illuminazione diffusa. Di conseguenza, la quota di elementi amorfi rappresenta oggi circa il 10% del mercato mondiale.

Batterie CdTe a film sottile

Batterie CdTe a film sottile

Le celle solari a base di tellururo di cadmio (CdTe) possono diventare una vera alternativa alle celle al silicio. Attualmente, dimostrano un'efficienza di conversione, in media, del 20% superiore rispetto al silicio amorfo simile a un costo inferiore del 20%.Ciò si ottiene grazie alle caratteristiche uniche del semiconduttore, che fornisce il gap di banda ottimale.

Tali pannelli sono realizzati applicando uno strato di materiale semiconduttore a film sottili. La tecnologia è ancora disponibile per un numero limitato di produttori, ma la produzione in serie di tali batterie è già stata avviata dall'azienda americana First Solar.

Pannelli solari polimerici

Nei moduli solari polimerici, l'effetto fotoelettrico è fornito da uno strato di "semiconduttore polimerico" - grandi molecole di composti organici. Attualmente, la tecnologia di tali prodotti è prossima allo sviluppo della produzione su larga scala (alcune aziende europee hanno già avviato la produzione commerciale).

Pannelli solari polimerici

L'efficienza di conversione di tali dispositivi è stimata nell'intervallo 8-11%. A causa della produzione a basso costo da record, dell'uso di materiali polimerici flessibili e dell'assenza di problemi con lo smaltimento, nel prossimo futuro i moduli solari polimerici saranno in grado di competere seriamente con i prodotti già realizzati.

I produttori stanno inoltre sviluppando attivamente pannelli solari basati su:

La scelta dei pannelli solari

Quando si scelgono i pannelli solari, è necessario determinare non solo il tipo, ma anche i parametri elettrici: potenza e tensione.

Tipo di

Scegli il tipo di pannello solare tra le condizioni di insolazione (numero di giorni di sole, intensità di irraggiamento):

• Quindi, le batterie al silicio monocristallino sono abbastanza adatte per l'installazione nelle regioni meridionali.
• Nella corsia centrale e in altri territori russi, l'opzione migliore sarebbero i pannelli policristallini, che si sono dimostrati efficaci in condizioni di illuminazione diffusa.
• Alle latitudini settentrionali, occorre prestare maggiore attenzione ai moduli amorfi, che consentono di creare un'area di batteria significativa senza ulteriori lavori di installazione.

Anche la categoria della qualità richiede attenzione. Nella marcatura delle batterie, questo parametro è indicato come Grado A, B o C. Ceteris paribus, i prodotti di Grado A dovrebbero essere preferiti: dureranno 20-30 anni con un degrado minimo (non superiore al 20%).

Ai prodotti vengono assegnate categorie di qualità inferiore in base ai risultati dei test di fabbrica, che rivelano uno scostamento dai parametri nominali non superiore al 5% (Grado B) e al 30% (Grado C) durante il funzionamento.

Potenza e tensione

La potenza dei pannelli è determinata come segue:

• Calcolare il consumo energetico totale medio (secondo gli indicatori del contatore elettrico, bollette elettriche). Per il consumo medio giornaliero, i dati mensili sono divisi per il numero di giorni.
• Al risultato ottenuto si aggiunge il 20-30% per ottenere un margine, tenendo conto del fattore di conversione (perdite di carica della batteria e funzionamento dell'inverter).
• Sulla base dei dati ottenuti, la potenza di uscita dei pannelli viene calcolata tenendo conto della durata delle ore di luce diurna. Per i calcoli si impiegano rispettivamente 6 ore, la carica della batteria dovrebbe superare di 4 volte il consumo medio.
• Seleziona la tensione del pannello. Di norma, i produttori offrono batterie con una tensione di uscita di 12 V.Tuttavia, per caricare i dispositivi di accumulo e aumentare l'efficienza della conversione della tensione continua in tensione alternata sull'inverter (soprattutto ad alta potenza), è più vantaggioso avere valori più elevati.
  Uso standard:
  • 12 V per impianti fino a 1 kW.
  • 24 V o 36 V - fino a 5 kW.
  • 48 V - più di 5 kW.

Tali tensioni si ottengono collegando i pannelli in serie.

• La potenza di picco è determinata sommando la potenza di tutti i consumatori della casa.
• La potenza di picco è determinata con un margine del 10-20%, ad esempio, per le correnti di avviamento dei motori elettrici e il funzionamento degli elementi riscaldanti dell'impianto di acqua calda, lavaggio e lavastoviglie, ecc.
• La potenza di picco determina la corrente massima dei pannelli.
• I libri di riferimento trovano il coefficiente di insolazione (in estate e in inverno) per la zona.

Per ulteriori calcoli, utilizzare la formula:

P = Kc * Wn * Ki, tenendo conto

• Кс – coefficiente stagionale, per l'ora legale è preso uguale a 0,5, per l'inverno — 0,7;
• Ki è il coefficiente di insolazione per l'ora legale e quella invernale;
• Wn è la potenza nominale del pannello.

Dopo aver selezionato diversi modelli di batterie nei cataloghi dei produttori, per ciascuno di essi viene calcolata la potenza di generazione in inverno e in estate.

Quindi il numero richiesto di pannelli è determinato dividendo il consumo medio di energia calcolato sopra (con un margine) per la potenza di generazione. I calcoli vengono effettuati per i periodi invernale ed estivo, di conseguenza assumono un valore maggiore.

Dopo i calcoli verificare:

Installazione di pannelli solari

Non ci sono requisiti rigorosi per l'installazione di pannelli solari. Il collettore solare può essere montato ad angolo, su una superficie verticale o orizzontale. Allo stesso tempo, i pannelli rigidi (mono e policristallino) sono installati su un telaio rigido, fissato nei punti di attacco tramite elementi di fissaggio completi. Le batterie su supporto elastico consentono la posa su superfici irregolari (ad esempio un tetto ondulato).

I collegamenti tra i pannelli sono realizzati con trefoli con terminali. La sezione trasversale degli elementi che trasportano corrente è calcolata dal valore della corrente nominale e massima.

Quando si sceglie una posizione e un angolo di installazione, è necessario tenere conto della condizione principale per la massima generazione: l'incidenza della luce solare perpendicolare al piano della batteria.

Questo può essere ottenuto:

Inoltre, per i pannelli monocristallini, è fondamentale curare l'assenza di ombreggiamento: in condizioni di luce diffusa, la loro efficienza diminuisce drasticamente.

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Video recensione con calcoli per pannelli solari