Ngày nay, các tấm pin mặt trời đã trở thành nguồn cung cấp năng lượng thay thế thực sự cho một ngôi nhà riêng. Chúng được đại diện rộng rãi trên thị trường và việc sử dụng một nhà máy điện mini năng lượng mặt trời mang lại khá nhiều lợi nhuận. Tình trạng này là do sự tăng trưởng không ngừng trong việc sản xuất các tấm pin mặt trời và các thiết bị bổ sung, giảm giá các phần tử hệ thống và do đó, chi phí phát điện.
Nội dung
- Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời
- Các loại tấm pin mặt trời
- Pin mặt trời silicon đơn tinh thể
- Tế bào silicon đa tinh thể
- Pin silicon vô định hình
- Pin CdTe màng mỏng
- Tấm pin mặt trời polyme
- Sự lựa chọn của các tấm pin mặt trời
- Loại
- Nguồn và điện áp
- Lắp đặt các tấm pin mặt trời
- Thường hỏi
- Video đánh giá với các tính toán cho các tấm pin mặt trời
Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời
Bất kỳ loại pin năng lượng mặt trời nào cũng là một bộ chuyển đổi quang điện sử dụng ánh sáng để tạo ra năng lượng điện. Hiện nay, hiệu ứng quang điện trong vật liệu bán dẫn có giá trị thực tiễn.
Hiệu ứng này dựa trên sự xuất hiện của các hạt mang điện tự do trong các cấu trúc bán dẫn không đồng nhất khi tiếp xúc với các photon ánh sáng. Nó được quan sát thấy trong các chất bán dẫn khác nhau - dựa trên silicon, gali arsenide, cadmium telluride, các phân tử polyme lớn.
Do sự xuất hiện của các hạt tải điện tự do, năng lượng của chúng không đủ để vượt qua vùng cấm, một hiệu điện thế (hiệu điện thế) được hình thành giữa các điện cực của phần tử. Khi các mạch bên ngoài được kết nối, một dòng điện phát sinh giữa chúng.
Sơ đồ tấm pin mặt trời
Tế bào quang dựa trên các chất bán dẫn khác nhau chuyển đổi các phần khác nhau của quang phổ mặt trời thành năng lượng điện. tia tím và tia tử ngoại.
Trong một số mẫu phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã đạt gần đến mốc 50%. Nếu thu được kết quả tương tự trong sản xuất công nghiệp, chi phí phát điện có thể giảm hơn một nửa so với hiện nay.
Các loại tấm pin mặt trời
Đặc điểm chính của việc phân loại mô-đun năng lượng mặt trời là vật liệu bán dẫn được sử dụng trong sản xuất. Ngày nay, hơn 80% được sử dụng bởi các tấm pin mặt trời làm từ silicon. Đó là những loại đã nhận được sử dụng thương mại rộng rãi nhất có thể, chúng được cung cấp bởi đại đa số người bán làm việc trong ngành.
Đổi lại, các tấm pin mặt trời silicon được chia thành:
Các loại tấm pin mặt trời silicon
Pin mặt trời silicon đơn tinh thể
Các tế bào năng lượng mặt trời đơn tinh thể là các tế bào được kết nối điện được làm bằng các tấm mỏng (240 micron) silicon đơn tinh thể. Các trục quang học được định hướng theo cùng một hướng, vật liệu có độ tinh khiết cao (hơn 99,99%) được sử dụng. Điều này đảm bảo hiệu quả chuyển đổi tối đa.Với hiệu suất có thể về mặt lý thuyết đối với nguyên tố silicon là 30%, trong các mẫu nối tiếp, con số này đạt 18-24%.
Bên ngoài, pin đơn tinh thể rất dễ phân biệt - chúng có màu đen đậm, phần tử được tạo hình thành một hình vuông thông thường (hình chữ nhật) với các góc bị cắt trong quá trình cắt.
Công nghệ sản xuất pin mặt trời này đang giữ kỷ lục về chi phí trong số các tế bào silicon. Chi phí sản xuất cao được giải thích là do các quá trình phức tạp trong việc làm sạch nguyên liệu thô, nuôi cấy đơn tinh thể và cắt nó một cách chính xác.
Do đó, pin đơn tinh thể có giá cao nhất - khoảng 0,9-1,1 đô la trên 1 W công suất.
Các nguyên tố như vậy cũng có một nhược điểm nghiêm trọng khác - do sự định hướng chính xác của các trục quang học của tinh thể, chỉ có thể thu được trở lại tối ưu khi tia sáng mặt trời chiếu vuông góc với mặt phẳng của nguyên tố. Với sự thay đổi đáng kể về góc chiếu sáng, cũng như ánh sáng tán xạ, người ta quan sát thấy sự giảm mạnh trong quá trình tạo ra.
Tế bào silicon đa tinh thể
Tế bào silicon đa tinh thể
Trong pin đa tinh thể, tế bào bao gồm nhiều tinh thể với sự định hướng ngẫu nhiên của các trục quang học. Sản xuất của họ không yêu cầu nguyên liệu thô với mức độ thanh lọc cao - các nguồn thứ cấp (đặc biệt là pin silicon tái chế), chất thải từ sản xuất luyện kim có thể được sử dụng.
Kết quả là, chi phí sản xuất được giảm đáng kể. Tuy nhiên, điều này cũng làm giảm hiệu suất chuyển đổi - các mẫu tốt nhất chứng minh hiệu suất từ 15-18%.
Bên ngoài, đa tinh thể là những tấm hình chữ nhật đều đặn có màu xanh lam bão hòa. Chi phí tạo ra các tấm "xanh lam" là khoảng 0,7-0,9: trên 1 W.Đồng thời, chúng cho thấy giảm đáng kể khả năng chiếu sáng khuếch tán và ánh sáng tới ở các góc khác 90 độ.
Pin silicon vô định hình
Chúng được làm từ silic a-Si vô định hình (không kết tinh) bằng cách lắng đọng hơi silic hydrua trên một chất nền dẻo. Kết quả là, một hiệu ứng quang điện ổn định đã thu được ở độ dày màng vài micrômet.
Quy trình công nghệ rẻ hơn đáng kể do lượng nguyên liệu thô silic cần thiết tối thiểu, giảm yêu cầu về độ tinh khiết của nó và không có các hoạt động phức tạp, chẳng hạn như nuôi cấy tinh thể và cắt nó.
Hiệu suất chuyển đổi khoảng 8-11%, chi phí tạo ra nằm trong khoảng 0,5-0,7% trên 1 W. Nhược điểm chính của loại pin này là hiệu suất chuyển đổi thấp, cần diện tích lớn để cung cấp năng lượng cần thiết. Tuy nhiên, nó còn hơn cả sự bù đắp bởi khả năng lắp đặt trên mọi bề mặt - một chất nền linh hoạt không yêu cầu ngay cả đế và cấu trúc đặc biệt để lắp đặt.
Ngoài ra, các mô-đun đa hình hiện đại có thể hoạt động trong phạm vi hồng ngoại, giúp giảm đáng kể tổn thất hiệu quả dưới ánh sáng khuếch tán. Kết quả là thị phần của các nguyên tố vô định hình ngày nay chiếm khoảng 10% thị trường thế giới.
Pin CdTe màng mỏng
Pin CdTe màng mỏng
Các tế bào năng lượng mặt trời dựa trên cadmium telluride (CdTe) có thể trở thành một giải pháp thay thế thực sự cho các tế bào silicon. Hiện tại, chúng chứng minh hiệu suất chuyển đổi trung bình cao hơn 20% so với silicon vô định hình tương tự với chi phí thấp hơn 20%.Điều này đạt được do các đặc tính riêng biệt của chất bán dẫn, cung cấp độ rộng vùng cấm tối ưu.
Các tấm như vậy được tạo ra bằng cách phủ một lớp vật liệu bán dẫn lên các màng mỏng. Công nghệ này vẫn được cung cấp cho một số nhà sản xuất hạn chế, nhưng việc sản xuất hàng loạt loại pin như vậy đã được đưa ra bởi công ty First Solar của Mỹ.
Tấm pin mặt trời polyme
Trong các mô-đun năng lượng mặt trời polyme, hiệu ứng quang điện được cung cấp bởi một lớp "chất bán dẫn polyme" - các phân tử lớn của các hợp chất hữu cơ. Hiện tại, công nghệ của các sản phẩm này đã gần đến việc triển khai sản xuất quy mô lớn (một số công ty châu Âu đã thành lập sản xuất thương mại).
Tấm pin mặt trời polyme
Hiệu suất chuyển đổi của các thiết bị này được ước tính nằm trong khoảng 8-11%. Do sản xuất rẻ kỷ lục, sử dụng vật liệu polyme linh hoạt và không gặp vấn đề với việc thải bỏ, trong tương lai gần, các mô-đun năng lượng mặt trời polyme sẽ có thể cạnh tranh nghiêm túc với các sản phẩm đã được sản xuất.
Các nhà sản xuất cũng đang tích cực phát triển các tấm pin mặt trời dựa trên:
- arsenide gali, selen đồng-indium-gali (CGIS);
- công nghệ lai, trong đó một số nguyên tố bán dẫn trên cơ sở khác hoạt động ở các phần khác nhau của quang phổ mặt trời;
- tế bào cảm quang, với bình Gretzel làm phần tử hoạt động;
- nanoantennas, trong đó ánh sáng mặt trời dưới dạng bức xạ điện từ tạo ra EMF, v.v.
Sự lựa chọn của các tấm pin mặt trời
Khi lựa chọn các tấm pin mặt trời, cần phải xác định không chỉ loại, mà còn cả các thông số điện - công suất và điện áp.
Loại
Chọn loại bảng điều khiển năng lượng mặt trời từ các điều kiện cách nhiệt (số ngày nắng, cường độ bức xạ):
- Vì vậy, pin silicon đơn tinh thể khá phù hợp để lắp đặt cho các khu vực phía Nam.
- Ở làn đường Giữa và các vùng lãnh thổ khác của Nga, lựa chọn tốt nhất sẽ là các tấm đa tinh thể, chúng đã tự chứng minh tốt trong điều kiện ánh sáng khuếch tán.
- Ở các vĩ độ phía bắc, cần chú ý nhiều hơn đến các mô-đun vô định hình, cho phép tạo ra một diện tích pin đáng kể mà không cần lắp đặt thêm.
Phạm trù chất lượng cũng cần được chú ý. Trong ghi nhãn của pin, thông số này được chỉ định là Cấp A, B hoặc C. Ceteris paribus, nên ưu tiên các sản phẩm Cấp A - chúng sẽ tồn tại được 20-30 năm với mức độ suy giảm ít (không quá 20%).
Các loại chất lượng thấp hơn được chỉ định cho các sản phẩm dựa trên kết quả kiểm tra của nhà máy, cho thấy sai lệch so với các thông số danh nghĩa không quá 5% (Hạng B) và 30% (Hạng C) trong quá trình vận hành.
Nguồn và điện áp
Sức mạnh của các tấm được xác định như sau:
Tính tổng điện năng tiêu thụ trung bình (theo chỉ số của đồng hồ điện, tiền điện). Đối với mức tiêu thụ trung bình hàng ngày, số liệu hàng tháng được chia cho số ngày.- 20-30% được thêm vào kết quả thu được để có được lợi nhuận, có tính đến hệ số chuyển đổi (tổn thất khi sạc pin và hoạt động của biến tần).
- Dựa trên dữ liệu thu được, công suất đầu ra của các tấm pin được tính toán có tính đến thời lượng ban ngày. Để tính toán, nó được lấy tương ứng với 6 giờ, năng lượng pin sẽ vượt quá mức tiêu thụ trung bình 4 lần.
- Chọn điện áp bảng điều khiển. Theo quy định, các nhà sản xuất cung cấp pin có điện áp đầu ra là 12V.Tuy nhiên, để sạc các thiết bị lưu trữ và tăng hiệu suất chuyển đổi điện áp một chiều sang điện áp xoay chiều trên biến tần (đặc biệt là ở công suất cao) thì việc có giá trị cao hơn sẽ có lợi hơn.
Sử dụng tiêu chuẩn:- 12 V cho hệ thống lên đến 1 kW.
- 24 V hoặc 36 V - lên đến 5 kW.
- 48 V - hơn 5 kW.
Điện áp như vậy có được bằng cách kết nối các tấm trong loạt.
- Công suất đỉnh được xác định bằng tổng công suất của tất cả người tiêu dùng trong nhà.
- Công suất cực đại được xác định với biên độ 10-20%, ví dụ, đối với dòng khởi động của động cơ điện và hoạt động của các bộ phận làm nóng của hệ thống nước nóng, máy giặt và máy rửa bát, v.v.
- Công suất đỉnh xác định dòng điện tối đa của các tấm pin.
- Các sách tham khảo tìm ra hệ số cách nhiệt (vào mùa hè và mùa đông) cho khu vực.
Để tính toán thêm, hãy sử dụng công thức:
P = Kc * Wn * Ki, có tính đến
- Кс - hệ số thời vụ, mùa hè lấy bằng 0,5, mùa đông lấy bằng 0,7;
- Ki là hệ số cách nhiệt cho thời gian mùa hè và mùa đông;
- Wn là công suất định mức của bảng điều khiển.
Sau khi chọn một số mẫu pin trong danh mục của nhà sản xuất, đối với mỗi mẫu, công suất phát được tính theo mùa đông và mùa hè.
Sau đó, số lượng tấm pin yêu cầu được xác định bằng cách chia công suất tiêu thụ trung bình được tính ở trên (có biên độ) cho công suất phát. Các phép tính được thực hiện cho các giai đoạn mùa đông và mùa hè, do đó chúng có giá trị lớn hơn.
Sau khi tính toán kiểm tra:
- Tải tối đa hiện tại trên bảng theo mức tiêu thụ cao nhất. Nếu dòng điện tối đa lớn hơn dòng điện được cung cấp bởi các pin được kết nối song song, thì nên chọn những pin mạnh hơn.
- Ngân sách. Tổng chi phí của các tấm được xác định và so sánh với số tiền được phân bổ để mua chúng.
- Quảng trường. Tổng diện tích của các tấm được tính toán và so sánh với diện tích của nơi được phân bổ để lắp đặt. Nếu không có đủ dung lượng, chúng sẽ được tính toán lại để có pin mạnh hơn.
Lắp đặt các tấm pin mặt trời
Không có yêu cầu nghiêm ngặt đối với việc lắp đặt các tấm pin mặt trời. Bộ thu năng lượng mặt trời có thể được lắp ở một góc, trên bề mặt thẳng đứng hoặc nằm ngang. Đồng thời, các tấm cứng (đơn tinh thể và đa tinh thể) được lắp đặt trên một khung cứng, được cố định tại các điểm gắn bằng các chốt hoàn chỉnh. Pin trên nền đàn hồi cho phép đặt trên các bề mặt không bằng phẳng (ví dụ: mái nhà lượn sóng).
Các kết nối giữa các tấm được thực hiện bằng các dây dẫn bện với các phụ kiện cuối. Tiết diện của các phần tử mang dòng được tính từ giá trị của dòng điện danh định và dòng điện cực đại.
Khi chọn vị trí và góc lắp đặt, người ta nên tính đến điều kiện chính để tạo ra tối đa - tỷ lệ ánh sáng mặt trời chiếu vuông góc với mặt phẳng của pin.
Điều này có thể đạt được:
- Định hướng các mô-đun theo hướng nam.
- Bằng cách đặt chúng ở một góc bằng vĩ độ địa lý của khu vực.
- Sự thay đổi góc nghiêng trong khoảng +/- 20% tương ứng vào mùa đông và mùa hè.
Ngoài ra, đối với các tấm đơn tinh thể, điều quan trọng là phải quan tâm đến việc không có bóng râm - trong ánh sáng khuếch tán, hiệu quả của chúng giảm đáng kể.
Thường hỏi
Pin loại A thường được bảo hành từ 15-25 năm. Trong thời gian này, sự sụt giảm các chỉ số so với danh nghĩa không vượt quá 20%.
Sự cách điện ở những vùng này không góp phần vào hoạt động hiệu quả của pin đơn tinh thể. Vị trí có thể được cải thiện một chút nhờ các thiết bị theo dõi quay cho ánh sáng, nhưng việc triển khai chúng làm tăng đáng kể chi phí lắp đặt nói chung.
Không nhất thiết, hầu hết các nhà sản xuất đều nói rằng lượng mưa tự nhiên đủ để rửa sạch bụi để máy hoạt động bình thường. Tuy nhiên, một vài lần trong mùa sẽ không thừa nếu xịt nước từ vòi. Tất nhiên, hãy chắc chắn để loại bỏ tuyết vào mùa đông sau khi tuyết rơi.
Với việc tính toán chính xác số lượng tấm pin và các thiết bị bổ sung (ắc quy, biến tần), nhà máy điện mặt trời sẽ hoàn toàn đáp ứng được nguồn điện của ngôi nhà mà không bị trùng nguồn.
Hầu hết các nhà sản xuất nhỏ sử dụng mô-đun từ các công ty trong TOP 10. Có thể dễ dàng kiểm tra danh tiếng của nhà sản xuất trên trang web của California (https://gosolarcalifornia.org/equiosystem/pv_modules.php) hoặc TUV Châu Âu (https:// www phòng thí nghiệm .tuev-sued.de / Industry_and_consumer_products / Certificates).
Video đánh giá với các tính toán cho các tấm pin mặt trời
