Solarni paneli za dom: kako izbrati najboljše panele

Danes so sončne celice postale pravi vir alternativnega napajanja zasebne hiše. Na trgu so široko zastopani, uporaba sončne mini elektrarne pa je precej donosna. To stanje je posledica stalne rasti proizvodnje sončnih kolektorjev in dodatne opreme, znižanja cen sistemskih elementov in posledično stroškov proizvodnje.

Načelo delovanja sončne baterije

Vsaka sončna baterija je fotovoltaični pretvornik, ki uporablja svetlobo za proizvodnjo električne energije. Trenutno ima fotoelektrični učinek v polprevodniških materialih praktično vrednost.

Učinek temelji na pojavu prostih nosilcev električnega naboja v nehomogenih polprevodniških strukturah, ko so izpostavljeni svetlobnim fotonom. Opažamo ga v različnih polprevodnikih - na osnovi silicija, galijevega arzenida, kadmijevega telurida, velikih polimernih molekul.

Zaradi pojava prostih nosilcev, katerih energija ne zadošča za premagovanje prepovedanega pasu, nastane potencialna razlika (napetost) med elektrodama elementa. Ko so zunanji tokokrogi povezani, med njimi nastane električni tok.

Shema sončnih kolektorjev

Fotocelice na osnovi različnih polprevodnikov pretvarjajo različne dele sončnega spektra v električno energijo.Tako moduli kristalnega silicija zajamejo do 80 % sevanja z rdečim premikom, filmski elementi na osnovi amorfnega silicija lahko delujejo tudi v infrardečem območju, titanov dioksid absorbira vijoličnih in ultravijoličnih žarkov.

V nekaterih laboratorijskih vzorcih so se raziskovalci približali 50 %. Če bodo enaki rezultati v industrijski proizvodnji, se lahko stroški proizvodnje zmanjšajo za več kot polovico glede na trenutno raven.

Vrste sončnih kolektorjev

Glavna značilnost klasifikacije solarnih modulov so polprevodniški materiali, uporabljeni pri izdelavi. Danes več kot 80 % zavzemajo sončni paneli na osnovi silicija. Prav te vrste so dobile najširšo možno komercialno uporabo, ponuja jih velika večina prodajalcev, ki delajo v industriji.

Silicijeve sončne celice pa delimo na:

Vrste silicijevih sončnih kolektorjev

Monokristalne silicijeve sončne celice

Monokristalne sončne celice so električno povezane celice iz tankih (240 mikronov) silicijevih monokristalnih rezin. Optične osi so usmerjene v isto smer, uporabljen je material visoke čistosti (več kot 99,99%). To zagotavlja največjo učinkovitost pretvorbe.Z učinkovitostjo, ki je teoretično možna za silicijev element 30%, v serijskih vzorcih ta številka doseže 18-24%.

Navzven je enokristalne baterije enostavno razlikovati - imajo globoko črno barvo, element je med rezanjem oblikovan v pravilen kvadrat (pravokotnik) z odrezanimi vogali.

Tehnologija izdelave tovrstnih sončnih celic je rekorderka po stroških med silicijevimi celicami. Visoke stroške proizvodnje pojasnjujejo zapleteni postopki čiščenja surovin, gojenja posameznega kristala in njegovega natančnega rezanja.

Posledično imajo monokristalne baterije najvišjo ceno - približno 0,9-1,1 dolarja na 1 W moči.

Takšni elementi imajo še eno resno pomanjkljivost – zaradi natančne orientacije optičnih osi kristalov je optimalen povratek mogoče doseči le, ko sončni žarki padajo pravokotno na ravnino elementa. Z znatno spremembo kota osvetlitve, pa tudi pri razpršeni svetlobi, opazimo močno zmanjšanje generacije.

Celice iz polikristalnega silicija

Celice iz polikristalnega silicija

V polikristalnih baterijah celica vključuje množico kristalov z naključno usmerjenostjo optičnih osi. Njihova proizvodnja ne zahteva surovin z visoko stopnjo čiščenja - lahko se uporabljajo sekundarni viri (zlasti reciklirane silicijeve baterije), odpadki iz metalurške proizvodnje.

Posledično se stroški izdelave močno znižajo. Vendar pa to tudi zmanjša učinkovitost pretvorbe - najboljši vzorci kažejo učinkovitost 15-18%.

Navzven so polikristalne pravilne pravokotne plošče nasičene modre barve. Stroški ustvarjanja "modrih" plošč so približno 0,7-0,9: na 1 W.Hkrati kažejo znatno manjše zmanjšanje difuzne osvetlitve in vpadanja svetlobe pod kotom, ki ni 90 stopinj.

Amorfne silicijeve baterije

Izdelani so iz amorfnega (nekristalnega) silicija a-Si z nanosom pare silicijevega hidrida na prožno podlago. Posledično dobimo stabilen fotoelektrični učinek že pri debelini filma več mikronov.

Tehnološki postopek je bistveno cenejši zaradi minimalne količine potrebnih surovin silicija, zmanjšanih zahtev po njegovi čistosti in odsotnosti kompleksnih operacij, kot sta gojenje kristala in rezanje.

Učinkovitost pretvorbe je približno 8-11%, stroški proizvodnje so v območju 0,5-0,7% na 1 W. Glavna pomanjkljivost takšnih baterij je nizka učinkovitost pretvorbe, ki zahteva veliko površino za zagotavljanje zahtevane moči. Vendar pa je več kot izravnana z možnostjo namestitve na katero koli površino - fleksibilna podlaga ne potrebuje niti podstavkov in posebnih struktur za namestitev.

Poleg tega lahko sodobni polimorfni moduli delujejo v infrardečem območju, kar bistveno zmanjša izgube učinkovitosti pri difuzni svetlobi. Posledica tega je, da delež amorfnih elementov danes predstavlja približno 10% svetovnega trga.

Tankoplastne CdTe baterije

Tankoplastne CdTe baterije

Sončne celice na osnovi kadmijevega telurida (CdTe) lahko postanejo prava alternativa silicijevim celicam. Trenutno izkazujejo učinkovitost pretvorbe, ki je v povprečju 20 % višja od podobnega amorfnega silicija po 20 % nižji ceni.To je doseženo zaradi edinstvenih lastnosti polprevodnika, ki zagotavlja optimalno vrzel v pasu.

Takšne plošče so izdelane z nanosom plasti polprevodniškega materiala na tanke plasti. Tehnologija je še vedno na voljo omejenemu številu proizvajalcev, a je serijsko proizvodnjo tovrstnih baterij že zagnalo ameriško podjetje First Solar.

Polimerni solarni paneli

V polimernih solarnih modulih fotoelektrični učinek zagotavlja plast "polimernega polprevodnika" - velike molekule organskih spojin. Trenutno je tehnologija takšnih izdelkov blizu uvedbe obsežne proizvodnje (nekatera evropska podjetja so že vzpostavila komercialno proizvodnjo).

Polimerni solarni paneli

Učinkovitost pretvorbe takih naprav je ocenjena na 8-11%. Zaradi rekordno poceni proizvodnje, uporabe fleksibilnih polimernih materialov in odsotnosti težav z odlaganjem, bodo v bližnji prihodnosti polimerni solarni moduli lahko resno konkurirali že izdelanim izdelkom.

Proizvajalci aktivno razvijajo tudi sončne celice na osnovi:

Izbira sončnih kolektorjev

Pri izbiri sončnih kolektorjev je treba določiti ne le vrsto, temveč tudi električne parametre - moč in napetost.

Tip

Izberite vrsto solarnega panela glede na insolacijske pogoje (število sončnih dni, intenzivnost sevanja):

• Tako so monokristalne silicijeve baterije zelo primerne za namestitev v južnih regijah.
• Na srednjem pasu in drugih ruskih ozemljih bi bila najboljša možnost polikristalne plošče, ki so se dobro izkazale v pogojih razpršene svetlobe.
• V severnih zemljepisnih širinah je treba več pozornosti nameniti amorfnim modulom, ki omogočajo ustvarjanje pomembne površine baterije brez dodatnih namestitvenih del.

Pozornost zahteva tudi kategorija kakovosti. Pri označevanju baterij je ta parameter označen kot razred A, B ali C. Ceteris paribus je treba dati prednost izdelkom razreda A - zdržali bodo 20-30 let z malo (ne več kot 20%) degradacijo.

Nižje kategorije kakovosti so dodeljene izdelkom na podlagi rezultatov tovarniških preizkusov, ki med delovanjem razkrivajo odstopanje od nominalnih parametrov največ 5% (razred B) in 30% (razred C).

Moč in napetost

Moč plošč se določi na naslednji način:

• Izračunajte povprečno skupno porabo električne energije (glede na kazalnike električnega števca, račune za elektriko). Za povprečno dnevno porabo se mesečni podatki delijo s številom dni.
• Dobljenemu rezultatu dodamo 20-30 %, da dobimo maržo ob upoštevanju pretvorbenega faktorja (izgube pri polnjenju baterije in delovanju inverterja).
• Na podlagi pridobljenih podatkov se izračuna izhodna moč plošč ob upoštevanju trajanja dnevne svetlobe. Za izračune se vzame enako 6 ur, oziroma mora moč baterije presegati povprečno porabo za 4-krat.
• Izberite napetost plošče. Proizvajalci praviloma ponujajo baterije z izhodno napetostjo 12 V.Za polnjenje pomnilniških naprav in povečanje učinkovitosti pretvorbe enosmerne napetosti v izmenično napetost na pretvorniku (zlasti pri veliki moči) pa je bolj donosno imeti višje vrednosti.
  Standardna uporaba:
  • 12 V za sisteme do 1 kW.
  • 24 V ali 36 V - do 5 kW.
  • 48 V - več kot 5 kW.

Takšne napetosti dobimo s serijsko vezavo plošč.

• Konična moč se določi s seštevanjem moči vseh porabnikov v hiši.
• Konična moč je določena z rezervo 10-20%, na primer za zagonske tokove elektromotorjev in delovanje grelnih elementov sistema tople vode, pralnih in pomivalnih strojev itd.
• Konična moč določa največji tok panelov.
• Referenčne knjige najdejo koeficient insolacije (poleti in pozimi) za območje.

Za nadaljnje izračune uporabite formulo:

P = Kc * Wn * Ki, ob upoštevanju

• Ks - sezonski koeficient, za poletni čas je enak 0,5, za zimo - 0,7;
• Ki je insolacijski koeficient za poletni in zimski čas;
• Wn je nazivna moč plošče.

Po izbiri več modelov baterij v katalogih proizvajalcev se za vsakega od njih izračuna moč proizvodnje pozimi in poleti.

Nato se zahtevano število panelov določi tako, da se zgoraj izračunana povprečna poraba energije (z rezervo) deli z močjo proizvodnje. Izračuni se izvajajo za zimsko in poletno obdobje, zato imajo večjo vrednost.

Po izračunih preverite:

Montaža solarnih panelov

Za namestitev sončnih kolektorjev ni strogih zahtev. Sončni kolektor se lahko namesti pod kotom, na navpično ali vodoravno površino. Istočasno so toge plošče (mono- in polikristalne) nameščene na togi okvir, pritrjene na pritrdilnih točkah s kompletnimi pritrdilnimi elementi. Baterije na elastični podlagi omogočajo polaganje na neravne površine (na primer valovita streha).

Povezave med paneli so izvedene z vijačnimi vodniki s končnimi spojnicami. Prerez tokovnih elementov se izračuna iz vrednosti nazivnega in največjega toka.

Pri izbiri lokacije in kota namestitve je treba upoštevati glavni pogoj za največjo generacijo - vpad sončne svetlobe pravokotno na ravnino baterije.

To je mogoče doseči:

Poleg tega je pri monokristalnih ploščah ključnega pomena poskrbeti za odsotnost senčenja - pri razpršeni svetlobi njihova učinkovitost dramatično pade.

Pogosto vprašani

Video pregled z izračuni za sončne celice