Panele słoneczne do domu: jak wybrać najlepsze panele

Dziś panele słoneczne stały się prawdziwymi źródłami alternatywnego zasilania prywatnego domu. Są szeroko reprezentowane na rynku, a korzystanie z mini-elektrowni słonecznej jest dość opłacalne. Sytuacja ta wynika z ciągłego wzrostu produkcji paneli fotowoltaicznych i dodatkowego wyposażenia, spadku cen elementów systemu, a co za tym idzie kosztów wytwarzania.

Zasada działania baterii słonecznej

Każda bateria słoneczna to konwerter fotowoltaiczny, który wykorzystuje światło do produkcji energii elektrycznej. Obecnie efekt fotoelektryczny w materiałach półprzewodnikowych ma wartość praktyczną.

Efekt polega na pojawieniu się wolnych nośników ładunku elektrycznego w niejednorodnych strukturach półprzewodnikowych pod wpływem fotonów światła. Jest obserwowany w różnych półprzewodnikach - na bazie krzemu, arsenku galu, tellurku kadmu, dużych molekuł polimerowych.

Ze względu na pojawienie się swobodnych nośników, których energia nie jest wystarczająca do pokonania pasma wzbronionego, pomiędzy elektrodami elementu powstaje różnica potencjałów (napięcie). Gdy obwody zewnętrzne są połączone, między nimi powstaje prąd elektryczny.

Schemat paneli słonecznych

Fotokomórki oparte na różnych półprzewodnikach przetwarzają różne części widma słonecznego na energię elektryczną, dzięki czemu moduły z krzemu krystalicznego wychwytują do 80% promieniowania z przesunięciem ku czerwieni, elementy folii na bazie krzemu amorficznego mogą również pracować w zakresie podczerwieni, pochłania dwutlenek tytanu promienie fioletowe i ultrafioletowe.

W niektórych próbkach laboratoryjnych naukowcy zbliżyli się do 50%. Jeżeli te same wyniki uzyska się w produkcji przemysłowej, koszt wytworzenia można obniżyć o ponad połowę w stosunku do obecnego poziomu.

Rodzaje paneli słonecznych

Główną cechą klasyfikacji modułów fotowoltaicznych są materiały półprzewodnikowe stosowane w produkcji. Obecnie ponad 80% zajmują panele słoneczne na bazie krzemu. To właśnie te typy otrzymały najszersze możliwe zastosowanie komercyjne, są oferowane przez zdecydowaną większość sprzedawców działających w branży.

Z kolei krzemowe panele słoneczne dzielą się na:

Rodzaje krzemowych paneli słonecznych

Ogniwa słoneczne z monokrystalicznego krzemu

Monokrystaliczne ogniwa słoneczne to połączone elektrycznie ogniwa wykonane z cienkich (240 mikronów) wafli krzemowych monokrystalicznych. Osie optyczne są zorientowane w tym samym kierunku, zastosowano materiał o wysokiej czystości (ponad 99,99%). Zapewnia to maksymalną wydajność konwersji.Przy wydajności teoretycznie możliwej dla elementu krzemowego na poziomie 30%, w próbkach seryjnych liczba ta sięga 18-24%.

Zewnętrznie akumulatory monokrystaliczne są łatwe do odróżnienia - mają głęboki czarny kolor, element jest ukształtowany w regularny kwadrat (prostokąt) ze ściętymi rogami podczas cięcia.

Technologia produkcji takich ogniw słonecznych jest rekordzistą pod względem kosztów wśród ogniw krzemowych. Wysoki koszt produkcji tłumaczy się złożonymi procesami oczyszczania surowców, hodowania pojedynczego kryształu i dokładnego jego cięcia.

W efekcie najwyższą cenę mają baterie monokrystaliczne – około 0,9-1,1 dolara za 1 W mocy.

Takie elementy mają też inną poważną wadę – ze względu na precyzyjne ustawienie osi optycznych kryształów optymalny powrót można uzyskać tylko wtedy, gdy promienie słoneczne padają prostopadle do płaszczyzny elementu. Przy znacznej zmianie kąta oświetlenia, a także w świetle rozproszonym obserwuje się gwałtowny spadek generacji.

Ogniwa z polikrystalicznego krzemu

Ogniwa z polikrystalicznego krzemu

W bateriach polikrystalicznych ogniwo zawiera wiele kryształów o losowej orientacji osi optycznych. Ich produkcja nie wymaga surowców o wysokim stopniu oczyszczenia - można wykorzystać źródła wtórne (w szczególności recyklingowane baterie krzemowe), odpady z produkcji metalurgicznej.

W rezultacie koszt produkcji jest znacznie obniżony. Zmniejsza to jednak również sprawność konwersji – najlepsze próbki wykazują sprawność 15-18%.

Zewnętrznie polikrystaliczne są regularnymi prostokątnymi płytkami o nasyconym niebieskim kolorze. Koszt wytworzenia „niebieskich” paneli to około 0,7-0,9: za 1 W.Jednocześnie wykazują znacznie mniejsze zmniejszenie oświetlenia rozproszonego i padania światła pod kątami innymi niż 90 stopni.

Baterie krzemowe amorficzne

Są one wykonane z amorficznego (niekrystalicznego) krzemu a-Si poprzez osadzanie oparów wodorku krzemu na elastycznym podłożu. W rezultacie już przy grubości warstwy kilku mikronów uzyskuje się stabilny efekt fotoelektryczny.

Proces technologiczny jest znacznie tańszy ze względu na minimalną ilość wymaganych surowców krzemowych, zmniejszone wymagania dotyczące jego czystości oraz brak skomplikowanych operacji, takich jak hodowanie kryształu i jego cięcie.

Sprawność konwersji wynosi około 8-11%, koszt wytwarzania mieści się w przedziale 0,5-0,7% na 1 W. Główną wadą takich akumulatorów jest niska wydajność konwersji, która wymaga dużej powierzchni, aby zapewnić wymaganą moc. Jest to jednak z nawiązką równoważone przez możliwość montażu na dowolnej powierzchni – elastyczne podłoże nie wymaga równych podstaw i specjalnych konstrukcji do montażu.

Dodatkowo nowoczesne moduły polimorficzne mogą pracować w zakresie podczerwieni, co znacznie zmniejsza straty wydajności przy oświetleniu rozproszonym. W rezultacie udział pierwiastków amorficznych stanowi dziś około 10% światowego rynku.

Baterie cienkowarstwowe CdTe

Baterie cienkowarstwowe CdTe

Ogniwa słoneczne na bazie tellurku kadmu (CdTe) mogą stać się realną alternatywą dla ogniw krzemowych. Obecnie wykazują wydajność konwersji średnio o 20% wyższą niż podobny krzem amorficzny przy koszcie o 20% niższym.Osiąga się to dzięki unikalnym właściwościom półprzewodnika, który zapewnia optymalną przerwę energetyczną.

Takie panele wykonuje się poprzez nałożenie warstwy materiału półprzewodnikowego na cienkie folie. Technologia jest nadal dostępna dla ograniczonej liczby producentów, ale seryjną produkcję takich akumulatorów rozpoczęła już amerykańska firma First Solar.

Polimerowe panele słoneczne

W polimerowych modułach słonecznych efekt fotoelektryczny zapewnia warstwa „półprzewodnika polimerowego” – dużych cząsteczek związków organicznych. Obecnie technologia takich produktów jest zbliżona do wdrożenia produkcji na dużą skalę (niektóre firmy europejskie rozpoczęły już produkcję komercyjną).

Polimerowe panele słoneczne

Wydajność konwersji takich urządzeń szacuje się na 8-11%. Dzięki rekordowo taniej produkcji, zastosowaniu elastycznych materiałów polimerowych oraz braku problemów z utylizacją, w niedalekiej przyszłości polimerowe moduły słoneczne będą mogły poważnie konkurować z już wytworzonymi produktami.

Producenci aktywnie rozwijają również panele słoneczne w oparciu o:

Wybór paneli słonecznych

Przy wyborze paneli słonecznych należy określić nie tylko rodzaj, ale również parametry elektryczne – moc i napięcie.

Typ

Wybierz rodzaj panelu słonecznego spośród warunków nasłonecznienia (liczba dni słonecznych, natężenie promieniowania):

• Tak więc baterie krzemowe monokrystaliczne nadają się do instalacji w regionach południowych.
• Na pasie środkowym i innych terytoriach rosyjskich najlepszą opcją byłyby panele polikrystaliczne, które sprawdziły się dobrze w warunkach rozproszonego oświetlenia.
• W północnych szerokościach geograficznych większą uwagę należy zwrócić na moduły amorficzne, które pozwalają na stworzenie znacznej powierzchni baterii bez dodatkowych prac instalacyjnych.

Na uwagę zasługuje również kategoria jakości. W oznakowaniu baterii parametr ten jest oznaczony jako klasa A, B lub C. Preferowane są produkty Ceteris paribus, klasy A - będą działać przez 20-30 lat z niewielką (nie większą niż 20%) degradacją.

Niższe kategorie jakości są przypisywane do produktów na podstawie wyników testów fabrycznych, które wykazują odchylenie od nominalnych parametrów nie więcej niż 5% (klasa B) i 30% (klasa C) podczas pracy.

Moc i napięcie

Moc paneli określa się w następujący sposób:

• Oblicz średnie całkowite zużycie energii (według wskaźników licznika elektrycznego, rachunków za prąd). W przypadku średniego dziennego spożycia dane miesięczne są dzielone przez liczbę dni.
• Do uzyskanego wyniku dolicza się 20-30% w celu uzyskania marży z uwzględnieniem współczynnika konwersji (straty w naładowaniu akumulatora i pracy falownika).
• Na podstawie uzyskanych danych obliczana jest moc wyjściowa paneli z uwzględnieniem czasu trwania godzin dziennych. Do obliczeń przyjmuje się odpowiednio 6 godzin, moc baterii powinna przekraczać średnie zużycie 4 razy.
• Wybierz napięcie panelu. Z reguły producenci oferują akumulatory o napięciu wyjściowym 12V.Jednak w celu ładowania urządzeń magazynujących i zwiększenia wydajności konwersji napięcia stałego na napięcie przemienne na falowniku (zwłaszcza przy dużej mocy) bardziej opłaca się mieć wyższe wartości.
  Zastosowanie standardowe:
  • 12 V dla systemów do 1 kW.
  • 24 V lub 36 V - do 5 kW.
  • 48 V - ponad 5 kW.

Takie napięcia uzyskuje się łącząc panele szeregowo.

• Moc szczytową określa się, sumując moc wszystkich odbiorców w domu.
• Moc szczytowa jest określana z marginesem 10-20%, na przykład dla prądów rozruchowych silników elektrycznych i pracy elementów grzejnych instalacji ciepłej wody, pralek i zmywarek itp.
• Moc szczytowa określa maksymalny prąd paneli.
• W podręcznikach można znaleźć współczynnik nasłonecznienia (latem i zimą) dla tego obszaru.

Do dalszych obliczeń użyj wzoru:

P = Kc * Wn * Ki, biorąc pod uwagę

• Кс – współczynnik sezonowy, dla czasu letniego przyjmuje się równy 0,5, dla zimy — 0,7;
• Ki to współczynnik nasłonecznienia dla czasu letniego i zimowego;
• Wn to moc znamionowa panelu.

Po wybraniu kilku modeli akumulatorów w katalogach producentów, dla każdego z nich obliczana jest moc generacyjna zimą i latem.

Następnie wymaganą liczbę paneli określa się dzieląc wyliczony powyżej średni pobór mocy (z marginesem) przez moc wytwórczą. Obliczenia przeprowadzane są dla okresu zimowego i letniego, w efekcie przyjmują większą wartość.

Po obliczeniach sprawdź:

Montaż paneli słonecznych

Nie ma rygorystycznych wymagań dotyczących instalacji paneli słonecznych. Kolektor słoneczny można montować pod kątem, na powierzchni pionowej lub poziomej. Jednocześnie sztywne panele (mono- i polikrystaliczne) są montowane na sztywnej ramie, mocowanej w punktach mocowania za pomocą kompletnych łączników. Baterie na elastycznym podłożu umożliwiają układanie na nierównych powierzchniach (np. pofalowany dach).

Połączenia pomiędzy panelami wykonuje się przewodami wielodrutowymi z końcówkami. Przekrój elementów przewodzących prąd obliczany jest z wartości prądu znamionowego i maksymalnego.

Przy wyborze lokalizacji i kąta montażu należy wziąć pod uwagę główny warunek maksymalnej generacji – padanie promieni słonecznych prostopadle do płaszczyzny baterii.

Można to osiągnąć:

Ponadto w przypadku paneli monokrystalicznych bardzo ważne jest zadbanie o brak zacienienia – w świetle rozproszonym ich wydajność drastycznie spada.

Często zadawane

Przegląd wideo z obliczeniami dla paneli słonecznych