Az alternatív energia a lehető legnagyobb mértékben fejlődik Európában, megmutatva ígéretének eredményeit. Új típusú napelemek jelennek meg, hatékonyságuk növekszik.
Ha biztosítani kívánja egy ipari épület vagy helyiség működését a nap energiája miatt, először meg kell tanulnia a berendezések különbségeit, meg kell értenie, hogy melyik napelemek alkalmasak egy adott régió éghajlati viszonyaira.
Segítünk megérteni ezt a kérdést. A cikk leírja a fotovoltaikus konverterek működésének elvét, áttekintést nyújt a különféle típusú napelemekről, megmutatva azok jellemzőit, előnyeit és hátrányait. Az anyag áttekintése után megteheti a megfelelő választást a hatékony napenergia-rendszer megszervezéséhez.
A napelemek működésének elve
A napelemek túlnyomó többsége fizikai értelemben fotoelektromos átalakítók. Az áramtermelő hatás a félvezető pn csatlakozásának helyén jelentkezik.
A napelemek költségeit a szilícium ostya képezi, de ha éjjel-nappal használják villamosenergia-forrást, akkor drága akkumulátorokat kell vásárolnia.
A panel két, különböző tulajdonságokkal rendelkező szilícium ostyából áll. A fény befolyása alatt az egyikben hiányzik az elektron, a másikban pedig fölösleges. Mindegyik lemezen vannak réz kollektorcsíkok, amelyek csatlakoznak a feszültségváltókhoz.
Az ipari napelem sok laminált fotovoltaikus elemből áll, amelyek egymáshoz vannak kötve és rugalmas vagy merev aljzatra felszerelve.
A berendezések hatékonysága nagymértékben függ a szilícium tisztaságától és kristályainak tájolásától. Ezeket a paramétereket próbálta javítani a mérnökök az utóbbi évtizedekben. A fő probléma ebben az esetben a szilícium tisztításának alapjául szolgáló folyamatok magas költsége, valamint a kristályok egy irányba történő elhelyezése az egész panelen.
Évente a különféle napelemek maximális hatékonysága felfelé változik, mivel milliárd dollárt fektetnek be új fotovoltaikus anyagok kutatására (+)
A fotoelektromos átalakítók félvezetői nemcsak szilíciumból, hanem más anyagokból is készülhetnek - az akkumulátor működési elve nem változik.
A fotoelektromos átalakítók típusai
Az ipari napelemeket tervezési jellemzőik és a működő fotovoltaikus réteg típusa szerint osztályozzák.
Különböztesse meg az alábbi típusú elemeket eszköz típusa szerint:
- rugalmas panelek;
- merev modulok.
A rugalmas, vékony filmrétegű panelek fokozatosan nagyobb rést töltenek be a piacon a felszerelés sokoldalúságának köszönhetően, mivel a legtöbb felületre felszerelhetők, különféle építészeti formákkal.
A napelemek tényleges jellemzői általában alacsonyabbak, mint az utasításokban megjelölt. Ezért, mielőtt otthon telepítené őket, tanácsos egy hasonló befejezett projektet magad látni
A működő fotoelektromos réteg típusa szerint a napelemeket az alábbi fajtákra osztják:
- Szilícium: monokristály, polikristály, amorf.
- Tellúr-kadmium.
- Indium-réz-gallium-szelenid alapon.
- Polimer.
- Organikus
- Gallium-arzenid alapján.
- Kombinált és többrétegű.
Az általános fogyasztó érdeke nem minden típusú napelem, hanem csak az első két kristályos alfaj.
Bár más típusú panelek nagy hatékonysággal rendelkeznek, de a magas költségek miatt ezeket nem használják széles körben.
Képgaléria
Fotó a
Monokristályos napelemek tömbje
Szilikon polikristályos napelem
Napelem film formájában
Indium-réz-gallium-szelenid fotovoltaikus cellái
Gallium arzenid fotocella
Kadmium Telluride napelemek
Szerves napelemek gyártása
Poliészter napelem
A szilícium fotovoltaikus elemek nagyon érzékenyek a hőre. Az energiatermelés mérésének alaphőmérséklete 25 ° C. Egy fokkal növelve a panelek hatékonysága 0,45–0,5% -kal csökken.
Ezután részletesen megvizsgáljuk azokat a napelemeket, amelyek a fogyasztók számára leginkább érdeklik.
A szilícium alapú panelek jellemzői
A napelemek szilíciumtartalmát kvarcpor - zúzott kvarckristályokból készítik. A leggazdagabb nyersanyag-lerakódások Nyugat-Szibériában és a Közép-Urálban vannak, ezért a napenergia ezen területének kilátásai szinte korlátlanok.
A kristályos és amorf szilíciumlemezek ma már a piac több mint 80% -át elfoglalják. Ezért érdemes ezeket részletesebben megfontolni.
Monokristályos szilikon panelek
A modern monokristályos szilikon ostyák (mono-Si) a teljes felületen egyenletes sötétkék színűek. Előállításukhoz a legtisztább szilíciumot használják. A monokristályos fotocellák közül az összes szilícium ostya a legmagasabb, de ugyanakkor a legjobb hatékonyságú.
A forgó mechanizmusú nagykristályos napelemek tökéletesen illeszkednek a sivatagi tájakhoz. Ez biztosítja a maximális termelékenység feltételeit.
A magas gyártási költségek oka az összes szilíciumkristály egyik irányba történő orientálása. A munkaréteg ilyen fizikai tulajdonságai miatt a maximális hatékonyságot csak akkor lehet biztosítani, ha a napfény merőleges a lemez felületére.
A monokristályos elemekhez kiegészítő felszerelésekre van szükség, amelyek automatikusan elforgatják azokat a nap folyamán úgy, hogy a panelek síkja a lehető leg merőlegesebb legyen a nap sugaraihoz.
Az egyoldalú orientált kristályokkal rendelkező szilíciumrétegeket egy hengeres fémrúdról vágják le, így a kész fotovoltaikus blokkok négyzet alakúak, le vannak kerekítve a sarkokban.
Az egykristályos szilikon elemek előnyei a következők:
- Magas hatásfok 17-25% -kal.
- tömörség - kevesebb berendezés elhelyezése teljesítményegységenként a polikristályos szilikon panelekhez képest.
- Tartósság - 25 évig elegendő energiatermelési hatékonyságot biztosítanak.
Az ilyen akkumulátoroknak csak két hátránya van:
- Magas ár és hosszú megtérülés.
- Szennyezés érzékenysége. A por szóródik, ezért a bevonattal ellátott napelemek hatékonysága hirtelen csökken.
A közvetlen napfény szükségessége miatt az egykristályos napelemeket elsősorban nyílt területeken vagy magasságban telepítik. Minél közelebb van a terület az Egyenlítőhöz, és minél naposabb napok vannak, annál inkább előnyös az ilyen típusú fotoelektromos cellák telepítése.
Polikristályos napelemek
A kristályos szilikon panelek (multi-Si) egyenetlen kék színűek a kristályok sokoldalú tájolása miatt. Az előállításukhoz használt szilícium tisztasága kissé alacsonyabb, mint az egykristály analógoké.
A kristályok többirányú képessége nagy hatékonyságot biztosít szórt fényben - 12-18%. Ez alacsonyabb, mint az egyirányú kristályokban, de felhős időben az ilyen panelek hatékonyabbak.
Az anyag heterogenitása a szilícium előállításának költségeinek csökkenéséhez is vezet. A polikristályos napelemek tisztított fémét speciális trükkök nélküli formákba öntik.
A gyártás során speciális technikákat alkalmaznak a kristályok kialakítására, de orientációjukat nem lehet ellenőrizni. Lehűlés után a szilíciumot rétegekké darabolják és egy speciális algoritmus szerint dolgozzák fel.
A polikristályos panelek nem igényelnek állandó irányt a nap felé, ezért elhelyezésükhöz aktívan használják a házak és az ipari épületek tetejét.
Napközben, ha felhős égbolt van, az amorf szilikon napelemek előnyei nem lesznek észrevehetők, előnyeik csak sűrű felhőkkel vagy árnyékban mutatkoznak meg (+)
A többirányú kristályokkal ellátott napelemek előnyei a következők:
- Magas hatásfok környezeti fényviszonyok között.
- Helyhez kötött telepítés lehetősége az épületek tetején.
- Alacsonyabb költség összehasonlítva a monokristályos panelekkel.
- Működés időtartama - a hatékonyság 20 éves működés után csak 15-20% -kal esik vissza.
A polikristályos panelek hátrányai szintén rendelkezésre állnak:
- Alacsony hatékonyság 12-18% -kal.
- Relatív ömleszkedés - Több egységre van szükség a telepítéshez energiaegységenként, az egykristályos társaikhoz képest.
A polikristályos napelemek növekvő piaci részesedést szereznek a többi szilícium elem között. Ezt széles lehetőségek biztosítják termelésük költségeinek csökkentésére. Az ilyen panelek hatékonysága szintén évente növekszik, a tömegtermékek esetében gyorsan megközelíti a 20% -ot.
Amorf szilikon napelemek
Az amorf szilikon napelemek előállításának mechanizmusa alapvetően különbözik a kristályos fotoelektromos elemek gyártásától. Itt nem tiszta nemfémet használunk, hanem hidridjét, amelynek forró gőzei lerakódnak az aljzatra.
E technológia eredményeként nem alakulnak ki klasszikus kristályok, és a gyártási költségek jelentősen csökkennek.
Kicsapott amorf szilícium fotocellák felszerelhetők mind rugalmas polimer hordozóra, mind merev üveglapra
Jelenleg már három generációs amorf szilikonból készült panelek vannak, amelyek mindegyikében a hatékonyság észrevehetően növekszik. Ha az első fotovoltaikus modulok hatékonysága 4-5% volt, akkor a második generációs, 8-9% -os hatékonyságú termékeket nagymértékben értékesítik a piacon.
A legújabb fejlesztésű amorf panelek hatékonysága akár 12% is lehet, és már megjelennek a piacon, ám ezek még mindig meglehetősen drágák.
Ennek a gyártási technológiának a jellemzői miatt szilíciumréteget lehet létrehozni mind a merev, mind a rugalmas aljzaton. Emiatt az amorf szilícium modulokat aktívan használják a rugalmas vékonyrétegű napelem modulokban. De a rugalmas hátlapú opciók sokkal drágábbak.
Az amorf szilícium fizikai-kémiai szerkezete lehetővé teszi a gyenge szórt fény fotonok maximális abszorpcióját villamosenergia-előállítás céljából. Ezért az ilyen panelek kényelmesek az északi területeken, ahol nagy a szabad terület.
Az amorf szilícium-alapú akkumulátorok hatékonysága még a magas hőmérsékleten sem csökken, bár ebben a paraméterben alacsonyabbak a gallium-arzenid panelekhez képest.
A berendezés ugyanazon költségénél a szilícium-hidridből készült napelemek nagyobb teljesítményt mutatnak, mint mono- és polikristályos analógjaik (+)
Összefoglalva, az amorf napelemek következő előnyeit jelezhetjük:
- Sokoldalúság - rugalmas és vékony panelek gyártásának lehetősége, elemek telepítése bármilyen építészeti formára.
- Magas hatásfok környezeti fényben.
- Stabil munka magas hőmérsékleten.
- A formatervezés egyszerűsége és megbízhatósága. Az ilyen panelek gyakorlatilag nem törnek.
- A teljesítmény megőrzése nehéz körülmények között - kevesebb teljesítménycsökkenés poros felületen, mint a kristályos analógoknál
Az ilyen fotoelektromos elemek élettartama a második generációtól kezdve 20-25 év, 15-20% -os teljesítménycsökkenéssel. Az amorf szilíciumpanelek hátrányai közé tartozik csak annak szükségessége, hogy nagyobb területek legyenek a szükséges teljesítményű berendezések elhelyezésére.
A szilíciummentes eszközök áttekintése
Néhány ritka és drága fémekből készült napelemek hatékonysága meghaladja a 30% -ot. Sokszor drágábbak, mint a szilícium-társaik, ám ennek ellenére különleges tulajdonságaiknak köszönhetően csúcstechnológiát képviseltek.
Ritka fém napelemek
Különböző típusú ritka fémekből készült napelemek vannak, és nem mindegyik hatékonysága magasabb, mint az egykristályos szilícium moduloké.
A szélsőséges körülmények között történő munkavégzés lehetővé teszi azonban az ilyen napelemek gyártóinak versenyképes termékek előállítását és további kutatások elvégzését.
A kadmium-teliuride paneleket aktívan használják épületek homlokzati oldalán egyenlítői és arab országokban, ahol felületük délután akár 70–80 fokra melegszik.
A fotovoltaikus elemek gyártásához használt fő ötvözetek a kadmium-tellurid (CdTe), az indium-réz-gallium-szelenid (CIGS) és az indium-réz-szelenid (CIS).
A kadmium mérgező fém, az indium, a gallium és a tellurium meglehetősen ritka és drága, tehát az ezekre épülő napelemek tömeges előállítása elméletileg még lehetetlen.
Az ilyen panelek hatékonysága 25-35% között van, bár kivételes esetekben elérheti a 40% -ot is. Korábban főként az űriparban használták, de most egy új ígéretes irány megjelent.
A ritka fém napelemek 130-150 ° C hőmérsékleten történő stabil működése miatt ezeket napenergiás erőművekben használják. Ebben az esetben a tíz vagy száz tükrből származó nap sugarai egy kis panelen koncentrálódnak, amely egyidejűleg áramot termel és biztosítja a hőenergia átadását a víz hőcserélőjébe.
A víz melegítése eredményeként gőz képződik, melynek eredményeként a turbina forog és áramot termel. Így a napenergia egyidejűleg elektromos energiává alakul át kétféle módon, maximális hatékonysággal.
Polimer és szerves analógok
A szerves és polimer vegyületeken alapuló fotovoltaikus modulokat csak az elmúlt évtizedben kezdték kifejleszteni, ám a kutatók már jelentős előrelépést értek el. Az európai vállalat mutatja a legnagyobb haladást Heliatek, amely már több sokemeletes épületet felszerelt organikus napelemekkel.
A tekercs típusú filmszerkezet vastagsága Heliafilm csak 1 mm.
A polimer panelek gyártásában olyan anyagokat használnak, mint a szén-fullerének, a réz-ftalocianin, a polifenilén és mások. Az ilyen napelemek hatékonysága már eléri a 14-15% -ot, és a gyártás költsége többször is alacsonyabb, mint a kristályos napelemeknél.
A szerves munkaréteg lebomlási idejének kérdése heves. Jelenleg nem lehet megbízhatóan igazolni hatékonyságának szintjét több éves működés után.
A szerves napelemek előnyei a következők:
- a környezetbarát ártalmatlanítás lehetősége;
- alacsony termelési költség;
- rugalmas kialakítás.
Az ilyen fotocellák hátrányai közé tartozik a viszonylag alacsony hatékonyság és a panelek stabil működésének periódusaira vonatkozó megbízható információk hiánya. Lehetséges, hogy 5-10 év alatt a szerves napelemek minden hátránya eltűnik, és komoly versenytársakká válnak a szilícium ostyák számára.
Melyik napelemet kell választani?
A vidéki házakban a 45–60 ° szélességű napelemeket nem nehéz választani. Itt csak két lehetőséget érdemes megfontolni: polikristályos és egykristályos szilikon panelek.
Ha hiányzik a hely, akkor jobb, ha a kristályok egyoldalas orientációjával hatékonyabb modelleket részesítünk előnyben, korlátlan felülettel ajánlott polikristályos elemek vásárlása.
Nem szabad támaszkodni az elemző társaságok előrejelzéseire a napelemek piacának fejlődésében, mivel a legjobb mintákat esetleg még nem találták meg
Egy adott gyártó, a szükséges kapacitás és a kiegészítő felszerelések kiválasztása jobb, ha az ilyen berendezések eladásában és telepítésében részt vevő vállalatok vezetői bevonják őket. Tudnia kell, hogy a fotovoltaikus modulok minősége és ára a legnagyobb gyártóknál alig különbözik egymástól.
Felhívjuk figyelmét, hogy kulcsrakész felszerelés megrendelésekor a szolárpanelek költsége a teljes összegnek csupán 30–40% -a lesz. Az ilyen projektek megtérülési ideje 5-10 év, és függ az energiafogyasztás szintjétől és a fölösleges villamosenergia-értékesítés lehetőségétől a városi hálózatba.
Egyes kézművesek inkább a napelemeket saját kezükben állítják össze. Webhelyünkön vannak olyan cikkek, amelyek részletes leírást nyújtanak az ilyen panelek gyártási technológiájáról, azok csatlakoztatásáról és a fűtési napenergia rendszerek elrendezéséről.
Javasoljuk, hogy ismerkedjen meg a következőkkel:
- Hogyan készítsünk napelemet saját kezűleg: önszerelési útmutató
- Napenergia fűtési rendszerek: a fűtési technológia elemzése napenergia rendszerek alapján
- Napelemek csatlakoztatási rajza: a vezérlőhöz, az akkumulátorhoz és a szervizelt rendszerekhez
A bemutatott videók különféle napelemek működését mutatják valós körülmények között. Segítenek a kapcsolódó berendezések megválasztásának kérdéseinek megértésében.
A napelemek és a kapcsolódó berendezések kiválasztásának szabályai:
A napelemek típusai:
Egykristályos és polikristályos panelek tesztelése:
A lakosság és a kis ipari létesítmények számára még nincs valódi alternatíva a kristályos szilícium panelek számára. De az új típusú napelemek fejlődésének üteme remélheti, hogy hamarosan a nap energiája lesz a sok villamos ház fő villamosenergia-forrása.
Mindenkinek, akit érdekel a napelemek kiválasztása és használata, ajánlunk észrevételeket, kérdéseket feltenni és megbeszéléseken részt venni. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.