Saules paneļi mājām: kā izvēlēties labākos paneļus

Mūsdienās saules paneļi ir kļuvuši par reāliem privātmājas alternatīvās barošanas avotiem. Tie ir plaši pārstāvēti tirgū, un saules mini spēkstacijas izmantošana ir diezgan izdevīga. Šāda situācija ir saistīta ar nepārtrauktu saules paneļu un papildu aprīkojuma ražošanas pieaugumu, sistēmas elementu cenu samazināšanos un līdz ar to arī ražošanas izmaksām.

Saules baterijas darbības princips

Jebkurš saules akumulators ir fotoelementu pārveidotājs, kas izmanto gaismu elektroenerģijas ražošanai. Šobrīd fotoelektriskajam efektam pusvadītāju materiālos ir praktiska vērtība.

Efekta pamatā ir brīvu elektrisko lādiņu nesēju parādīšanās nehomogēnās pusvadītāju struktūrās, ja tās ir pakļautas gaismas fotoniem. To novēro dažādos pusvadītājos – uz silīcija bāzes, gallija arsenīda, kadmija telurīda, lielām polimēru molekulām.

Tā kā parādās brīvi nesēji, kuru enerģija nav pietiekama, lai pārvarētu joslas spraugu, starp elementa elektrodiem veidojas potenciālu starpība (spriegums). Kad ir pievienotas ārējās ķēdes, starp tām rodas elektriskā strāva.

Saules paneļu shēma

Fotoelementi, kuru pamatā ir dažādi pusvadītāji, dažādas saules spektra daļas pārvērš elektroenerģijā.Tādējādi kristāliskā silīcija moduļi uztver līdz pat 80% starojuma ar sarkano nobīdi, plēves elementi uz amorfā silīcija bāzes var darboties arī infrasarkanajā diapazonā, titāna dioksīds absorbē violetie un ultravioletie stari.

Dažos laboratorijas paraugos pētnieki pietuvojās 50% atzīmei. Ja tādus pašus rezultātus iegūst rūpnieciskajā ražošanā, ražošanas izmaksas var samazināties vairāk nekā uz pusi salīdzinājumā ar pašreizējo līmeni.

Saules paneļu veidi

Saules moduļu klasifikācijas galvenā iezīme ir ražošanā izmantotie pusvadītāju materiāli. Mūsdienās vairāk nekā 80% aizņem uz silīcija bāzes izgatavoti saules paneļi. Tieši šie veidi ir saņēmuši visplašāko iespējamo komerciālo pielietojumu, tos piedāvā lielākā daļa nozarē strādājošo pārdevēju.

Savukārt silīcija saules paneļus iedala:

Silīcija saules paneļu veidi

Monokristāliskā silīcija saules baterijas

Monokristāliskās saules baterijas ir elektriski savienotas šūnas, kas izgatavotas no plānām (240 mikronu) silīcija monokristālu plāksnēm. Optiskās asis ir orientētas vienā virzienā, tiek izmantots augstas tīrības materiāls (vairāk nekā 99,99%). Tas nodrošina maksimālu konversijas efektivitāti.Ar teorētiski iespējamo efektivitāti silīcija elementam 30%, sērijveida paraugos šis skaitlis sasniedz 18-24%.

Ārēji vienkristāla baterijas ir viegli atšķirt - tām ir dziļi melna krāsa, elements griešanas laikā ir veidots regulārā kvadrātā (taisnstūrī) ar nogrieztiem stūriem.

Šādu saules bateriju ražošanas tehnoloģija ir silīcija elementu izmaksu rekordiste. Ražošanas augstās izmaksas skaidrojamas ar sarežģītajiem izejvielu tīrīšanas, monokristāla audzēšanas un precīzas griešanas procesiem.

Rezultātā monokristāliskiem akumulatoriem ir visaugstākā cena - aptuveni 0,9-1,1 dolārs par 1 W jaudu.

Šādiem elementiem ir arī vēl viens nopietns trūkums - kristālu optisko asu precīzās orientācijas dēļ optimālu atdevi var iegūt tikai tad, kad saules stari krīt perpendikulāri elementa plaknei. Ievērojami mainoties apgaismojuma leņķim, kā arī izkliedētajai gaismai, tiek novērota strauja paaudzes samazināšanās.

Polikristāliskā silīcija šūnas

Polikristāliskā silīcija šūnas

Polikristāliskajos baterijās šūnā ir vairāki kristāli ar nejaušu optisko asu orientāciju. To ražošanai nav nepieciešamas izejvielas ar augstu attīrīšanas pakāpi - var izmantot otrreizējos avotus (jo īpaši pārstrādātas silīcija baterijas), metalurģijas ražošanas atkritumus.

Tā rezultātā ražošanas izmaksas ir ievērojami samazinātas. Tomēr tas samazina arī konversijas efektivitāti - labākie paraugi demonstrē 15-18% efektivitāti.

Ārēji polikristāliskas ir regulāras taisnstūrveida plāksnes ar piesātinātu zilu krāsu. "Zilo" paneļu ģenerēšanas izmaksas ir aptuveni 0,7-0,9: uz 1 W.Tajā pašā laikā tie uzrāda ievērojami mazāku izkliedētā apgaismojuma un gaismas biežuma samazināšanos leņķos, kas nav 90 grādi.

Amorfā silīcija baterijas

Tie ir izgatavoti no amorfa (nekristāliska) silīcija a-Si, uzklājot silīcija hidrīda tvaikus uz elastīga substrāta. Rezultātā stabils fotoelektrisks efekts tiek iegūts jau pie vairāku mikronu plēves biezuma.

Tehnoloģiskais process ir ievērojami lētāks, jo ir nepieciešams minimālais silīcija izejmateriālu daudzums, samazinātas prasības tā tīrībai, kā arī nav sarežģītu darbību, piemēram, kristāla audzēšana un griešana.

Pārveidošanas efektivitāte ir aptuveni 8-11%, ražošanas izmaksas ir diapazonā no 0,5-0,7% uz 1 W. Galvenais šādu akumulatoru trūkums ir zemā konversijas efektivitāte, kas prasa lielu platību, lai nodrošinātu nepieciešamo jaudu. Tomēr to vairāk nekā kompensē iespēja uzstādīt uz jebkuras virsmas - elastīga pamatne uzstādīšanai nav nepieciešamas vienmērīgas pamatnes un īpašas konstrukcijas.

Turklāt mūsdienu polimorfie moduļi var darboties infrasarkanajā diapazonā, kas ievērojami samazina efektivitātes zudumus izkliedētā apgaismojumā. Rezultātā amorfo elementu daļa šodien veido aptuveni 10% no pasaules tirgus.

Plānās plēves CdTe baterijas

Plānās plēves CdTe baterijas

Saules baterijas, kuru pamatā ir kadmija telurīds (CdTe), var kļūt par reālu alternatīvu silīcija elementiem. Pašlaik tie demonstrē vidēji par 20% augstāku konversijas efektivitāti nekā līdzīgs amorfais silīcijs, un izmaksas ir par 20% zemākas.Tas tiek panākts, pateicoties pusvadītāja unikālajām īpašībām, kas nodrošina optimālu joslas atstarpi.

Šādus paneļus izgatavo, uz plānām kārtiņām uzklājot pusvadītāju materiāla slāni. Tehnoloģija joprojām ir pieejama ierobežotam ražotāju skaitam, taču šādu akumulatoru sērijveida ražošanu jau ir uzsākusi amerikāņu kompānija First Solar.

Polimēru saules paneļi

Polimēru saules moduļos fotoelektrisko efektu nodrošina "polimēra pusvadītāja" slānis - lielas organisko savienojumu molekulas. Pašlaik šādu produktu tehnoloģija ir tuvu liela mēroga ražošanas ieviešanai (daži Eiropas uzņēmumi jau ir izveidojuši komerciālu ražošanu).

Polimēru saules paneļi

Tiek lēsts, ka šādu ierīču konversijas efektivitāte ir 8-11% robežās. Pateicoties rekordlielajai lētajai ražošanai, elastīgu polimērmateriālu izmantošanai un likvidēšanas problēmu trūkumam, tuvākajā nākotnē polimēru saules moduļi varēs nopietni konkurēt ar jau saražotajiem produktiem.

Ražotāji arī aktīvi izstrādā saules paneļus, kuru pamatā ir:

Saules paneļu izvēle

Izvēloties saules paneļus, ir jānosaka ne tikai veids, bet arī elektriskie parametri – jauda un spriegums.

Veids

Izvēlieties saules paneļa veidu no insolācijas apstākļiem (saulaino dienu skaits, starojuma intensitāte):

• Tātad monokristāliskā silīcija baterijas ir diezgan piemērotas uzstādīšanai dienvidu reģionos.
• Vidējā joslā un citās Krievijas teritorijās labākais risinājums būtu polikristāliski paneļi, kas ir labi pierādījuši sevi izkliedētā apgaismojuma apstākļos.
• Ziemeļu platuma grādos lielāka uzmanība jāpievērš amorfajiem moduļiem, kas ļauj izveidot ievērojamu akumulatora laukumu bez papildu uzstādīšanas darbiem.

Uzmanību prasa arī kvalitātes kategorija. Bateriju marķējumā šis parametrs ir norādīts kā A, B vai C pakāpe. Ceteris paribus priekšroka jādod A klases produktiem - tie kalpos 20-30 gadus ar nelielu (ne vairāk kā 20%) noārdīšanos.

Zemākas kvalitātes kategorijas tiek piešķirtas produktiem, pamatojoties uz rūpnīcas pārbaužu rezultātiem, kas ekspluatācijas laikā atklāj novirzi no nominālajiem parametriem ne vairāk kā 5% (B pakāpe) un 30% (C pakāpe).

Jauda un spriegums

Paneļu jaudu nosaka šādi:

• Aprēķināt vidējo kopējo elektroenerģijas patēriņu (pēc elektriskā skaitītāja rādītājiem, elektrības rēķiniem). Vidējam dienas patēriņam mēneša skaitļi tiek dalīti ar dienu skaitu.
• Iegūtajam rezultātam tiek pievienoti 20-30%, lai iegūtu rezervi, ņemot vērā konversijas koeficientu (zaudējumi akumulatora uzlādē un invertora darbībā).
• Pamatojoties uz iegūtajiem datiem, paneļu izejas jauda tiek aprēķināta, ņemot vērā dienasgaismas stundu ilgumu. Aprēķiniem tiek ņemts attiecīgi 6 stundas, akumulatora jaudai vajadzētu pārsniegt vidējo patēriņu 4 reizes.
• Izvēlieties paneļa spriegumu. Parasti ražotāji piedāvā baterijas ar izejas spriegumu 12 V.Tomēr, lai uzlādētu atmiņas ierīces un palielinātu efektivitāti, pārveidojot līdzspriegumu maiņspriegumā uz invertora (īpaši ar lielu jaudu), ir izdevīgāk izmantot lielākas vērtības.
  Standarta lietošana:
  • 12 V sistēmām līdz 1 kW.
  • 24 V vai 36 V - līdz 5 kW.
  • 48 V - vairāk nekā 5 kW.

Šādus spriegumus iegūst, savienojot paneļus sērijveidā.

• Maksimālo jaudu nosaka, summējot visu mājas patērētāju jaudu.
• Maksimālā jauda tiek noteikta ar 10-20% rezervi, piemēram, elektromotoru palaišanas strāvām un karstā ūdens sistēmas sildelementu darbībai, mazgāšanas un trauku mazgājamām mašīnām utt.
• Maksimālā jauda nosaka paneļu maksimālo strāvu.
• Rokasgrāmatās atrodams apgabala insolācijas koeficients (vasarā un ziemā).

Lai veiktu turpmākus aprēķinus, izmantojiet formulu:

P = Kc * Wn * Ki, ņemot vērā

• Кс – sezonas koeficients, vasaras laikam ņemts vienāds ar 0,5, ziemai — 0,7;
• Ki ir insolācijas koeficients vasaras un ziemas laikam;
• Wn ir paneļa nominālā jauda.

Izvēloties vairākus akumulatoru modeļus ražotāju katalogos, katram no tiem tiek aprēķināta paaudzes jauda ziemā un vasarā.

Pēc tam nepieciešamo paneļu skaitu nosaka, iepriekš aprēķināto vidējo elektroenerģijas patēriņu (ar rezervi) dalot ar ģenerācijas jaudu. Aprēķini tiek veikti ziemas un vasaras periodiem, kā rezultātā tiem ir lielāka vērtība.

Pēc aprēķinu veikšanas pārbaudiet:

Saules paneļu uzstādīšana

Saules paneļu uzstādīšanai nav stingru prasību. Saules kolektoru var uzstādīt leņķī, uz vertikālas vai horizontālas virsmas. Tajā pašā laikā stingri paneļi (mono- un polikristāliski) tiek uzstādīti uz stingra rāmja, kas piestiprināti piestiprināšanas vietās, izmantojot pilnus stiprinājumus. Baterijas uz elastīgas pamatnes ļauj likt uz nelīdzenām virsmām (piemēram, viļņota jumta).

Savienojumi starp paneļiem tiek veikti ar savītiem vadītājiem ar gala veidgabaliem. Strāvu nesošo elementu šķērsgriezums tiek aprēķināts no nominālās un maksimālās strāvas vērtības.

Izvēloties atrašanās vietu un uzstādīšanas leņķi, jāņem vērā galvenais nosacījums maksimālai ģenerēšanai - saules gaismas biežums perpendikulāri akumulatora plaknei.

To var panākt:

Turklāt vienkristāla paneļiem ir ļoti svarīgi rūpēties par to, lai nebūtu ēnojuma - izkliedētā gaismā to efektivitāte krasi samazinās.

Bieži jautāja

Video apskats ar aprēķiniem saules paneļiem