家庭用ソーラーパネル：最適なパネルの選び方

今日、ソーラーパネルは、民家の代替電源の真の供給源となっています。それらは市場に広く出回っており、ソーラーミニ発電所の使用は非常に有益です。このような状況は、ソーラーパネルと追加機器の生産の絶え間ない成長、システム要素の価格の低下、およびその結果としての発電コストによるものです。

太陽電池の動作原理

どの太陽電池も、光を使用して電気エネルギーを生成する光起電力コンバーターです。現在、半導体材料の光電効果は実用的な価値を持っています。

この効果は、光子にさらされたときの不均一な半導体構造における自由電荷キャリアの出現に基づいています。シリコン、ヒ化ガリウム、テルル化カドミウム、大きなポリマー分子をベースにしたさまざまな半導体で観察されます。

自由キャリアの出現により、そのエネルギーはバンドギャップを克服するには不十分であり、要素の電極間に電位差（電圧）が形成されます。外部回路が接続されると、それらの間に電流が発生します。

ソーラーパネルのスキーム

さまざまな半導体に基づくフォトセルは、太陽スペクトルのさまざまな部分を電気エネルギーに変換します. したがって、結晶シリコン モジュールは、赤方偏移を伴う放射線の最大 80% を捕捉します, アモルファス シリコンに基づくフィルム要素は、赤外線範囲でも動作できます, 二酸化チタンは吸収します紫と紫外線。

一部の実験室サンプルでは、​​研究者は 50% マークに近づきました。工業生産でも同じ結果が得られれば、発電コストは現在の半分以下に削減できる。

ソーラーパネルの種類

太陽電池モジュールの分類の主な特徴は、製造に使用される半導体材料です。今日、80% 以上がシリコンベースのソーラーパネルで占められています。可能な限り幅広い商用利用を受けているのはこれらのタイプであり、業界で働く大多数の販売者によって提供されています。

次に、シリコンソーラーパネルは次のように分類されます。

シリコンソーラーパネルの種類

単結晶シリコン太陽電池

単結晶太陽電池は、薄い (240 ミクロン) シリコン単結晶ウェーハで作られた電気的に接続されたセルです。光軸が同一方向を向いており、高純度（99.99%以上）の材料を使用しています。これにより、最大の変換効率が保証されます。シリコン素子で理論的に可能な効率は 30% で、一連のサンプルでは、​​この数値は 18 ～ 24% に達します。

外見上、単結晶電池は簡単に区別できます-それらは濃い黒色をしており、要素は切断中に角が切り取られた通常の正方形（長方形）に成形されます。

このような太陽電池の製造技術は、シリコン電池の中でコスト面で記録保持者です。生産コストが高いのは、原材料の洗浄、単結晶の成長、正確な切断の複雑なプロセスによって説明されます。

その結果、単結晶電池の価格が最も高くなり、電力 1 W あたり約 0.9 ～ 1.1 ドルになります。

このような要素には、別の重大な欠点もあります。結晶の光軸の正確な向きにより、太陽光線が要素の平面に垂直に当たる場合にのみ最適なリターンが得られます。照明角度と散乱光が大幅に変化すると、生成の急激な減少が観察されます。

多結晶シリコンセル

多結晶シリコンセル

多結晶電池では、セルは光軸の方向がランダムな複数の結晶を含む。それらの生産は、高度に精製された原材料を必要としません-二次資源（特にリサイクルされたシリコン電池）、冶金生産からの廃棄物を使用できます。

その結果、製造コストが大幅に削減されます。ただし、これは変換効率も低下させます。最高のサンプルは 15 ～ 18% の効率を示します。

外部的には、多結晶は飽和青色の規則的な長方形のプレートです。 「青」パネルを生成するコストは、1 W あたり約 0.7 ～ 0.9 です。同時に、拡散照明と 90 度以外の角度での光の入射の大幅な減少を示します。

アモルファスシリコン電池

それらは、フレキシブル基板上に水素化ケイ素蒸気を堆積させることにより、アモルファス（非結晶性）シリコンa-Siから作られています。その結果、すでに数ミクロンの膜厚で安定した光電効果が得られます。

この技術プロセスは、必要なシリコン原料の量が最小限であり、純度の要件が緩和され、結晶の成長や切断などの複雑な操作がないため、大幅に安価になります。

変換効率は約 8 ～ 11% で、発電コストは 1 W あたり 0.5 ～ 0.7% の範囲です。このようなバッテリーの主な欠点は、変換効率が低く、必要な電力を供給するために大きな面積が必要になることです。しかし、それはどんな表面にも設置できるという点で相殺されるだけではありません。フレキシブル基板は、設置のためのベースや特別な構造さえも必要としません。

さらに、最新の多形モジュールは赤外線範囲で動作できるため、拡散照明下での効率の損失が大幅に減少します。その結果、今日のアモルファス元素のシェアは、世界市場の約 10% を占めています。

薄膜 CdTe 電池

薄膜 CdTe 電池

テルル化カドミウム (CdTe) をベースにした太陽電池は、シリコン電池の真の代替品になる可能性があります。現在、変換効率が平均で 20% 高く、コストは 20% 低くなっています。これは、最適なバンドギャップを提供する半導体の独自の特性によって実現されます。

このようなパネルは、半導体材料の層を薄膜に適用することによって作られます。この技術はまだ限られた数のメーカーが利用できますが、そのようなバッテリーの連続生産は、アメリカの会社First Solarによってすでに開始されています。

ポリマーソーラーパネル

ポリマーソーラーモジュールでは、有機化合物の大きな分子である「ポリマー半導体」の層によって光電効果が提供されます。現在、このような製品の技術は大規模生産の展開に近づいています（ヨーロッパの一部の企業はすでに商業生産を確立しています）。

ポリマーソーラーパネル

このようなデバイスの変換効率は、8 ～ 11% の範囲であると推定されています。記録破りの安価な生産、柔軟なポリマー材料の使用、および廃棄の問題がないことにより、近い将来、ポリマー太陽電池モジュールはすでに製造された製品と真剣に競争できるようになります。

製造業者はまた、以下に基づいてソーラーパネルを積極的に開発しています。

ソーラーパネルの選択

ソーラーパネルを選択するときは、タイプだけでなく、電力と電圧などの電気的パラメーターも決定する必要があります。

の種類

日射条件（晴天日数、日射強度）からソーラーパネルの種類をお選びください。

• そのため、単結晶シリコン電池は南部地域への設置に非常に適しています。
• 中央車線やその他のロシアの領土では、最良の選択肢は多結晶パネルであり、拡散照明条件で十分に機能することが証明されています.
• 北緯では、アモルファスモジュールにもっと注意を払う必要があります。これにより、追加の設置作業なしでかなりのバッテリー領域を作成できます。

品質のカテゴリーにも注意が必要です。バッテリーのマーキングでは、このパラメーターはグレード A、B、または C として示されます。Ceteris paribus、グレード A の製品を優先する必要があります。これらの製品は 20 ～ 30 年間、ほとんど (20% 以下) 劣化することはありません。

工場テストの結果に基づいて、より低い品質カテゴリが製品に割り当てられます。これは、動作中に公称パラメータからの偏差が 5% (グレード B) および 30% (グレード C) を超えないことを示しています。

電力と電圧

パネルのパワーは次のように決定されます。

• 平均総消費電力を計算します（電気メーターの指標、電気料金に従って）。 1日の平均消費量は、月の数値を日数で割ったものです。
• 得られた結果に 20 ～ 30% を加算して、変換係数 (バッテリー充電とインバーター動作の損失) を考慮して、マージンを取得します。
• 得られたデータに基づいて、パネルの出力電力は、日照時間を考慮して計算されます。計算では、それぞれ6時間に相当し、バッテリー電力は平均消費量の4倍を超える必要があります。
• パネル電圧を選択します。原則として、メーカーは出力電圧12Vのバッテリーを提供しています。ただし、蓄電デバイスを充電し、インバーターで直流電圧を交流電圧に変換する効率を高めるには (特に大電力で)、値を大きくする方が有利です。
  標準的な使用:
  • 1 kW までのシステムでは 12 V。
  • 24 V または 36 V - 最大 5 kW。
  • 48 V - 5 kW 以上。

このような電圧は、パネルを直列に接続することによって得られます。

• ピーク電力は、家の中のすべての消費者の電力を合計することによって決定されます。
• ピーク電力は、たとえば、電気モーターの始動電流や給湯システム、洗濯機、食器洗い機などの発熱体の動作に対して、10〜20％のマージンで決定されます。
• ピーク電力は、パネルの最大電流を決定します。
• 参考書には、その地域の日射係数 (夏と冬) が記載されています。

さらに計算するには、次の式を使用します。

P = Kc * Wn * Ki、考慮に入れる

• Кс – 季節係数。夏季は 0.5、冬季は 0.7 となります。
• Ki は、夏季および冬季の日射係数です。
• Wn はパネルの定格電力です。

メーカーのカタログでいくつかのバッテリーモデルを選択し、それぞれについて、冬と夏の発電電力を計算します。

必要なパネルの数は、上記で計算された平均消費電力 (マージンを含む) を発電電力で割ることによって決定されます。冬期と夏期で計算するため、値が大きくなります。

計算後チェック:

ソーラーパネルの設置

ソーラーパネルを設置するための厳しい要件はありません。ソーラーコレクターは、垂直面または水平面に斜めに取り付けることができます。同時に、剛性パネル（単結晶および多結晶）が剛性フレームに取り付けられ、完全な留め具を使用して取り付け点に固定されます。伸縮性のある裏地のバッテリーにより、凹凸のある表面 (波状の屋根など) に置くことができます。

パネル間の接続は、エンドフィッティング付きの撚り線で行われます。通電要素の断面積は、定格電流と最大電流の値から計算されます。

場所と設置角度を選​​択するときは、最大の生成のための主な条件、つまりバッテリーの平面に垂直な太陽光の入射を考慮する必要があります。

これは達成できます：

さらに、単結晶パネルの場合、影がないように注意することが重要です。拡散光では、効率が劇的に低下します。

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