家用太陽能電池板：如何選擇最好的電池板

如今，太陽能電池板已成為私人住宅的真正替代電源。它們在市場上有廣泛的代表性，使用太陽能微型發電廠是相當有利可圖的。這種情況是由於太陽能電池板和附加設備的生產不斷增長，系統元件的價格下降，從而導致發電成本下降。

太陽能電池的工作原理

任何太陽能電池都是利用光來產生電能的光伏轉換器。目前，半導體材料中的光電效應具有實用價值。

該效應基於當暴露於光子時在非均勻半導體結構中出現自由電荷載流子。在各種半導體中觀察到 - 基於矽、砷化鎵、碲化鎘、大聚合物分子。

由於自由載流子的出現，其能量不足以克服帶隙，在元件的電極之間形成電位差（電壓）。當連接外部電路時，它們之間會產生電流。

太陽能電池板方案

基於各種半導體的光電池將太陽光譜的各個部分轉換為電能。因此，晶體矽模塊可捕獲高達 80% 的紅移輻射，基於非晶矽的薄膜元件也可以在紅外範圍內工作，二氧化鈦吸收紫色和紫外線。

在一些實驗室樣本中，研究人員接近了 50% 的大關。如果在工業生產中取得同樣的成果，發電成本與目前水平相比可降低一半以上。

太陽能電池板的類型

太陽能組件分類的主要特徵是製造中使用的半導體材料。今天，超過 80% 被矽基太陽能電池板佔據。正是這些類型獲得了盡可能廣泛的商業用途，它們由該行業的絕大多數賣家提供。

反過來，矽太陽能電池板分為：

矽太陽能電池板的類型

單晶矽太陽能電池

單晶太陽能電池是由薄（240 微米）矽單晶晶片製成的電連接電池。光軸方向一致，採用高純度材料（99.99%以上）。這確保了最大的轉換效率。對於 30% 的矽元素，理論上可能的效率，在系列樣品中，該數字達到 18-24%。

從外觀上看，單晶電池很容易區分 - 它們具有深黑色，元件在切割過程中被塑造成帶有切角的規則正方形（矩形）。

生產這種太陽能電池的技術是矽電池中成本的記錄保持者。生產成本高的原因是清潔原材料、生長單晶和精確切割的複雜過程。

因此，單晶電池的價格最高——每 1 W 功率約為 0.9-1.1 美元。

這種元件還有另一個嚴重的缺點——由於晶體光軸的精確定向，只有當太陽光線垂直於元件平面時才能獲得最佳返回。隨著照明角度以及散射光的顯著變化，觀察到發電量急劇下降。

多晶矽電池

多晶矽電池

在多晶電池中，電池包括多個具有隨機光軸取向的晶體。它們的生產不需要高度純化的原材料 - 二次來源（特別是回收的矽電池），可以使用來自冶金生產的廢物。

結果，製造成本大大降低。然而，這也降低了轉換效率——最好的樣品顯示出 15-18% 的效率。

在外部，多晶是飽和藍色的規則矩形板。生成“藍色”面板的成本約為 0.7-0.9：每 1 W。同時，它們在 90 度以外的角度上顯示出漫射照明和光入射的顯著減少。

非晶矽電池

它們由非晶（非晶）矽 a-Si 通過在柔性基板上沉積氫化矽蒸氣製成。結果，已經在幾微米的膜厚處獲得了穩定的光電效應。

由於所需的矽原材料數量最少，對其純度的要求降低，並且沒有復雜的操作，例如生長和切割晶體，因此該技術過程要便宜得多。

轉換效率約為 8-11%，發電成本在 0.5-0.7%/1 W 範圍內。這種電池的主要缺點是轉換效率低，需要大面積來提供所需的功率。然而，它被安裝在任何表面上的能力所抵消——柔性基板甚至不需要安裝底座和特殊結構。

此外，現代多態模塊可以在紅外範圍內運行，從而顯著降低漫射照明下的效率損失。因此，今天非晶元素的份額約佔世界市場的 10%。

薄膜碲化鎘電池

薄膜碲化鎘電池

基於碲化鎘 (CdTe) 的太陽能電池可以成為矽電池的真正替代品。目前，它們的轉換效率平均比類似的非晶矽高 20%，成本低 20%。這是由於半導體的獨特特性而實現的，它提供了最佳的帶隙。

這種面板是通過將一層半導體材料應用於薄膜而製成的。該技術仍然可供少數製造商使用，但美國公司 First Solar 已經啟動了此類電池的批量生產。

聚合物太陽能電池板

在聚合物太陽能模塊中，光電效應是由一層“聚合物半導體”——大分子有機化合物提供的。目前，此類產品的技術已接近大規模生產部署（部分歐洲公司已建立商業化生產）。

聚合物太陽能電池板

此類設備的轉換效率估計在 8-11% 的範圍內。由於創紀錄的廉價生產、柔性聚合物材料的使用以及不存在處置問題，在不久的將來，聚合物太陽能組件將能夠與已經製造的產品展開激烈競爭。

製造商也在積極開發基於以下方面的太陽能電池板：

太陽能電池板的選擇

選擇太陽能電池板時，不僅要確定類型，還要確定電氣參數——功率和電壓。

類型

根據日照條件（晴天數、輻射強度）選擇太陽能電池板類型：

• 因此，單晶矽電池非常適合安裝在南方地區。
• 在中間車道和其他俄羅斯領土，最好的選擇是多晶面板，它已在漫射照明條件下證明了自己的良好狀態。
• 在北緯地區，應該更多地關注非晶模塊，它可以在不進行額外安裝工作的情況下創建一個顯著的電池區域。

質量的類別也需要注意。在電池標記中，此參數表示為 A 級、B 級或 C 級。在其他條件不變的情況下，應首選 A 級產品 - 它們將持續 20-30 年，幾乎沒有（不超過 20%）退化。

根據工廠測試結果為產品分配了較低質量類別，這表明在運行過程中與標稱參數的偏差不超過 5%（B 級）和 30%（C 級）。

功率和電壓

面板的功率確定如下：

• 計算平均總用電量（根據電錶、電費等指標）。對於平均每日消費量，每月數字除以天數。
• 考慮到轉換係數（電池充電和逆變器運行中的損失），將 20-30% 添加到獲得的結果中以獲得餘量。
• 根據獲得的數據，在考慮白天持續時間的情況下計算面板的輸出功率。計算，分別取等於6小時，電池電量應超過平均消耗4倍。
• 選擇面板電壓。通常，製造商提供輸出電壓為 12V 的電池。但是，為了給存儲設備充電並提高逆變器上將直流電壓轉換為交流電壓的效率（尤其是在大功率時），具有更高的值更有利可圖。
  標準用途：
  • 12 V 用於高達 1 kW 的系統。
  • 24 V 或 36 V - 高達 5 kW。
  • 48 V - 超過 5 kW。

這種電壓是通過串聯面板獲得的。

• 峰值功率是通過將房屋中所有消費者的功率相加來確定的。
• 峰值功率以 10-20% 的裕度確定，例如，電動機的啟動電流以及熱水系統、洗衣機和洗碗機等加熱元件的運行。
• 峰值功率決定了面板的最大電流。
• 參考書找到了該地區的日照係數（夏季和冬季）。

如需進一步計算，請使用以下公式：

P = Kc * Wn * Ki，考慮到

• Кс——季節係數，夏季取0.5，冬季取0.7；
• Ki 為夏季和冬季的日照係數；
• Wn 為面板的額定功率。

在製造商目錄中選擇了幾種電池型號，對於每種型號，都計算了冬季和夏季的發電量。

然後通過將上面計算的平均功耗（有餘量）除以發電功率來確定所需的面板數量。計算是針對冬季和夏季進行的，因此它們取較大的值。

計算後檢查：

安裝太陽能電池板

安裝太陽能電池板沒有嚴格的要求。太陽能收集器可以以一定角度安裝在垂直或水平表面上。同時，剛性面板（單晶和多晶）安裝在剛性框架上，使用完整的緊固件固定在連接點。彈性背襯上的電池可以放置在不平坦的表面（例如，波浪形屋頂）上。

面板之間的連接是通過帶有端部配件的絞合導體進行的。載流元件的橫截面由額定電流和最大電流的值計算得出。

在選擇位置和安裝角度時，應考慮最大發電量的主要條件 - 垂直於電池平面的陽光入射。

這可以實現：

此外，對於單晶面板，注意沒有陰影是至關重要的——在漫射光下，它們的效率會急劇下降。

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