Zonnepanelen voor in huis: hoe kies je de beste panelen

Tegenwoordig zijn zonnepanelen echte bronnen van alternatieve stroomvoorziening voor een privéwoning geworden. Ze zijn breed vertegenwoordigd op de markt en het gebruik van een mini-energiecentrale op zonne-energie is behoorlijk winstgevend. Deze situatie is te wijten aan de constante groei van de productie van zonnepanelen en aanvullende apparatuur, een daling van de prijzen voor systeemelementen en als gevolg daarvan de kosten van opwekking.

Het werkingsprincipe van de zonnebatterij:

Elke zonnebatterij is een fotovoltaïsche omvormer die licht gebruikt om elektrische energie te produceren. Momenteel heeft het foto-elektrisch effect in halfgeleidermaterialen praktische waarde.

Het effect is gebaseerd op het verschijnen van vrije elektrische ladingsdragers in inhomogene halfgeleiderstructuren bij blootstelling aan lichtfotonen. Het wordt waargenomen in verschillende halfgeleiders - op basis van silicium, galliumarsenide, cadmiumtelluride, grote polymeermoleculen.

Door het verschijnen van vrije dragers, waarvan de energie niet voldoende is om de band gap te overbruggen, ontstaat er een potentiaalverschil (spanning) tussen de elektroden van het element. Wanneer externe circuits zijn aangesloten, ontstaat er een elektrische stroom tussen hen.

Schema van zonnepanelen

Fotocellen op basis van verschillende halfgeleiders zetten verschillende delen van het zonnespectrum om in elektrische energie Zo vangen kristallijne siliciummodules tot 80% van de straling op met een roodverschuiving, filmelementen op basis van amorf silicium kunnen ook in het infrarood werken, titaniumdioxide absorbeert violette en ultraviolette stralen.

In sommige laboratoriummonsters kwamen de onderzoekers dicht bij de 50%. Als dezelfde resultaten worden behaald in de industriële productie, kunnen de productiekosten met meer dan de helft worden verlaagd ten opzichte van het huidige niveau.

Soorten zonnepanelen

Het belangrijkste kenmerk van de classificatie van zonnemodules zijn de halfgeleidermaterialen die bij de vervaardiging worden gebruikt. Vandaag de dag wordt meer dan 80% ingenomen door zonnepanelen op basis van silicium. Het zijn deze typen die het breedst mogelijke commerciële gebruik hebben gekregen, ze worden aangeboden door de overgrote meerderheid van verkopers die in de industrie werken.

Op hun beurt zijn silicium zonnepanelen onderverdeeld in:

Soorten silicium zonnepanelen

Monokristallijn silicium zonnecellen

Monokristallijne zonnecellen zijn elektrisch verbonden cellen gemaakt van dunne (240 micron) silicium monokristallijne wafels. Optische assen zijn in dezelfde richting georiënteerd, er wordt materiaal met een hoge zuiverheid (meer dan 99,99%) gebruikt. Dit zorgt voor een maximale conversie-efficiëntie.Met een theoretisch mogelijke efficiëntie voor een siliciumelement van 30%, in seriële monsters, bereikt het cijfer 18-24%.

Uitwendig zijn enkelkristalbatterijen gemakkelijk te onderscheiden - ze hebben een diepzwarte kleur, het element is gevormd tot een regelmatig vierkant (rechthoek) met afgesneden hoeken tijdens het snijden.

De technologie voor de productie van dergelijke zonnecellen is de recordhouder in termen van kosten onder siliciumcellen. De hoge productiekosten worden verklaard door de complexe processen van het reinigen van grondstoffen, het groeien van een enkel kristal en het nauwkeurig snijden ervan.

Als gevolg hiervan hebben monokristallijne batterijen de hoogste prijs - ongeveer 0,9-1,1 dollar per 1 W vermogen.

Dergelijke elementen hebben ook nog een ander ernstig nadeel - door de precieze oriëntatie van de optische assen van de kristallen kan het optimale rendement alleen worden verkregen wanneer de zonnestralen loodrecht op het vlak van het element vallen. Met een significante verandering in de belichtingshoek, evenals in verstrooid licht, wordt een sterke afname van de generatie waargenomen.

Polykristallijne siliciumcellen

Polykristallijne siliciumcellen

In polykristallijne batterijen omvat de cel een aantal kristallen met een willekeurige oriëntatie van de optische assen. Hun productie vereist geen grondstoffen met een hoge mate van zuivering - secundaire bronnen (met name gerecyclede siliciumbatterijen), afval van metallurgische productie kan worden gebruikt.

Als resultaat worden de fabricagekosten sterk verlaagd. Dit vermindert echter ook de conversie-efficiëntie - de beste monsters vertonen een efficiëntie van 15-18%.

Uiterlijk zijn polykristallijne regelmatige rechthoekige platen met een verzadigde blauwe kleur. De kosten voor het genereren van "blauwe" panelen zijn ongeveer 0,7-0,9: per 1 W.Tegelijkertijd laten ze significant minder vermindering van diffuse verlichting en lichtinval zien onder andere hoeken dan 90 graden.

Amorfe siliciumbatterijen

Ze zijn gemaakt van amorf (niet-kristallijn) silicium a-Si door siliciumhydridedamp af te zetten op een flexibel substraat. Hierdoor wordt reeds bij een filmdikte van enkele microns een stabiel foto-elektrisch effect verkregen.

Het technologische proces is aanzienlijk goedkoper vanwege de minimale hoeveelheid benodigde siliciumgrondstoffen, verminderde eisen aan de zuiverheid en de afwezigheid van complexe bewerkingen, zoals het groeien van een kristal en het snijden ervan.

De conversie-efficiëntie is ongeveer 8-11%, de opwekkingskosten liggen in het bereik van 0,5-0,7% per 1 W. Het belangrijkste nadeel van dergelijke batterijen is de lage conversie-efficiëntie, die een groot oppervlak vereist om het vereiste vermogen te leveren. Het wordt echter meer dan gecompenseerd door de mogelijkheid om op elk oppervlak te installeren - een flexibel substraat vereist geen vlakke ondergronden en speciale structuren voor installatie.

Bovendien kunnen moderne polymorfe modules in het infraroodbereik werken, wat efficiëntieverliezen bij diffuse verlichting aanzienlijk vermindert. Als gevolg hiervan is het aandeel van amorfe elementen vandaag goed voor ongeveer 10% van de wereldmarkt.

Dunne film CdTe-batterijen

Dunne film CdTe-batterijen

Zonnecellen op basis van cadmiumtelluride (CdTe) kunnen een echt alternatief worden voor siliciumcellen. Momenteel laten ze een conversie-efficiëntie zien die gemiddeld 20% hoger is dan vergelijkbaar amorf silicium tegen een kostprijs van 20% lager.Dit wordt bereikt door de unieke eigenschappen van de halfgeleider, die zorgt voor de optimale band gap.

Dergelijke panelen worden gemaakt door een laag halfgeleidermateriaal op dunne films aan te brengen. De technologie is nog beschikbaar voor een beperkt aantal fabrikanten, maar de serieproductie van dergelijke batterijen is al gestart door het Amerikaanse bedrijf First Solar.

Polymeer zonnepanelen

In polymere zonnemodules wordt het foto-elektrische effect geleverd door een laag "polymeerhalfgeleider" - grote moleculen van organische verbindingen. Momenteel staat de technologie van dergelijke producten dicht bij de inzet van grootschalige productie (sommige Europese bedrijven hebben al commerciële productie opgezet).

Polymeer zonnepanelen

De conversie-efficiëntie van dergelijke apparaten wordt geschat op 8-11%. Dankzij de recordbrekende goedkope productie, het gebruik van flexibele polymeermaterialen en de afwezigheid van problemen met verwijdering, zullen polymeerzonnemodules in de nabije toekomst serieus kunnen concurreren met reeds vervaardigde producten.

Fabrikanten zijn ook actief bezig met het ontwikkelen van zonnepanelen op basis van:

De keuze van zonnepanelen

Bij het kiezen van zonnepanelen is het noodzakelijk om niet alleen het type te bepalen, maar ook de elektrische parameters - vermogen en spanning.

Soort van

Kies het type zonnepaneel uit de bezonningsomstandigheden (aantal zonnige dagen, stralingsintensiteit):

• Monokristallijne siliciumbatterijen zijn dus redelijk geschikt voor installatie in de zuidelijke regio's.
• In de middelste rijstrook en andere Russische gebieden zou de beste optie polykristallijne panelen zijn, die zich goed hebben bewezen in diffuse lichtomstandigheden.
• Op noordelijke breedtegraden moet meer aandacht worden besteed aan amorfe modules, waarmee een aanzienlijk batterijgebied kan worden gecreëerd zonder extra installatiewerk.

Ook de categorie kwaliteit vraagt ​​aandacht. Bij het markeren van batterijen wordt deze parameter aangegeven als klasse A, B of C. Ceteris paribus, producten van klasse A verdienen de voorkeur - ze gaan 20-30 jaar mee met weinig (niet meer dan 20%) degradatie.

Lagere kwaliteitscategorieën worden toegewezen aan producten op basis van de resultaten van fabriekstests, die tijdens bedrijf een afwijking van de nominale parameters van niet meer dan 5% (Grade B) en 30% (Grade C) aan het licht brengen.

Vermogen en spanning

Het vermogen van de panelen wordt als volgt bepaald:

• Bereken het gemiddelde totale stroomverbruik (volgens de indicatoren van de elektrische meter, elektriciteitsrekeningen). Voor de gemiddelde dagelijkse consumptie worden de maandcijfers gedeeld door het aantal dagen.
• 20-30% wordt toegevoegd aan het verkregen resultaat om een ​​marge te verkrijgen, rekening houdend met de conversiefactor (verliezen in batterijlading en werking van de omvormer).
• Op basis van de verkregen gegevens wordt het uitgangsvermogen van de panelen berekend rekening houdend met de duur van de daglichturen. Voor berekeningen wordt aangenomen dat het gelijk is aan respectievelijk 6 uur, het batterijvermogen moet het gemiddelde verbruik 4 keer overschrijden.
• Selecteer paneelspanning. Fabrikanten bieden in de regel batterijen aan met een uitgangsspanning van 12V.Om opslagapparaten op te laden en de efficiëntie van het omzetten van gelijkspanning naar wisselspanning op de omvormer (vooral bij hoog vermogen) te vergroten, is het echter voordeliger om hogere waarden te hebben.
  Standaard gebruik:
  • 12 V voor systemen tot 1 kW.
  • 24 V of 36 V - tot 5 kW.
  • 48 V - meer dan 5 kW.

Dergelijke spanningen worden verkregen door panelen in serie te schakelen.

• Het piekvermogen wordt bepaald door het vermogen van alle verbruikers in huis bij elkaar op te tellen.
• Het piekvermogen wordt bepaald met een marge van 10-20% voor bijvoorbeeld de aanloopstromen van elektromotoren en de werking van de verwarmingselementen van het warmwatersysteem, was- en vaatwasmachines, etc.
• Piekvermogen bepaalt de maximale stroomsterkte van de panelen.
• De naslagwerken vinden de instralingscoëfficiënt (in zomer en winter) voor het gebied.

Gebruik voor verdere berekeningen de formule:

P = Kc * Wn * Ki, rekening houdend met

• Кс - seizoenscoëfficiënt, voor de zomer wordt aangenomen dat deze gelijk is aan 0,5, voor de winter - 0,7;
• Ki is de instralingscoëfficiënt voor zomer- en wintertijd;
• Wn is het nominale vermogen van het paneel.

Na verschillende batterijmodellen in de catalogi van de fabrikanten te hebben geselecteerd, wordt voor elk van hen het opwekkingsvermogen berekend in de winter en de zomer.

Vervolgens wordt het benodigde aantal panelen bepaald door het hierboven berekende gemiddelde energieverbruik (met een marge) te delen door het opwekvermogen. Er wordt gerekend voor de winter- en zomerperiode, waardoor deze een grotere waarde aannemen.

Controleer na berekeningen:

Installatie van zonnepanelen

Er zijn geen strenge eisen aan het plaatsen van zonnepanelen. De zonnecollector kan schuin, op een verticaal of horizontaal oppervlak worden gemonteerd. Tegelijkertijd worden stijve panelen (mono- en polykristallijn) geïnstalleerd op een stijf frame, bevestigd aan de bevestigingspunten met volledige bevestigingsmiddelen. Batterijen op een elastische achterkant maken het mogelijk om op oneffen oppervlakken te leggen (bijvoorbeeld een golvend dak).

De verbindingen tussen de panelen worden uitgevoerd met gevlochten geleiders met eindfittingen. De doorsnede van stroomvoerende elementen wordt berekend uit de waarde van de nominale en maximale stroom.

Bij het kiezen van een locatie en installatiehoek moet rekening worden gehouden met de belangrijkste voorwaarde voor maximale opwekking - de inval van zonlicht loodrecht op het vlak van de batterij.

Dit kan worden bereikt:

Bovendien is het voor panelen met één kristal van cruciaal belang om te zorgen voor de afwezigheid van schaduw - bij diffuus licht daalt hun efficiëntie dramatisch.

Vaak gevraagd

Videoreview met berekeningen voor zonnepanelen