Ηλιακοί συλλέκτες: ταξινόμηση + επισκόπηση οικιακών πάνελ

Πιο πρόσφατα, τα αυτόνομα ενεργειακά συστήματα για σπίτια φαίνονται φανταστικά. Σήμερα μπαίνουν με σιγουριά στη ζωή μας. Οι ευπαθείς Ευρωπαίοι χρησιμοποιούν από καιρό τα λεγόμενα ηλιακά πάνελ για να παρέχουν στα σπίτια τους ηλεκτρικό ρεύμα. Στη Ρωσία, τέτοια συστήματα εξακολουθούν να κερδίζουν δημοτικότητα. Αυτό οφείλεται στο σχετικά υψηλό κόστος του εξοπλισμού. Ωστόσο, η τεχνολογία της παραγωγής της βελτιώνεται και η τιμή των συσκευών μειώνεται σταδιακά, καθιστώντας τις πιο προσιτές στους πελάτες. Τι πάνελ να επιλέξετε για ιδιωτική κατοικία; Ας το κάνουμε σωστά.

Η αρχή των ηλιακών κυττάρων

Οι συσκευές που μετατρέπουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρισμό λειτουργούν με μια αρκετά απλή αρχή. Για να το καταλάβετε, απλώς θυμηθείτε το μάθημα φυσικής του σχολείου. Συγκεκριμένα, ανανεώστε τη γνώση του τι είναι μια σύνδεση p-n. Είναι αυτός που μπορεί να μετατρέψει την ελαφριά ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό το φαινόμενο απεικονίζει έντονα την εμπειρία με ένα πριόνι τρανζίστορ. Το φως πέφτει στη διασταύρωση pn και το βολτόμετρο που συνδέεται με αυτό αρχίζει να καταγράφει ασήμαντες τιμές του ηλεκτρικού ρεύματος. Με μια αύξηση στην περιοχή διασταύρωσης pn, η ποσότητα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας θα αυξηθεί.

Η αρχή της λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών βασίζεται στη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η μεγάλη περιοχή των πάνελ σας επιτρέπει να παράγετε περισσότερη ενέργεια.

Όλοι οι σύγχρονοι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς λειτουργούν χρησιμοποιώντας αυτήν την αρχή. Η σχετικά μεγάλη επιφάνεια των πλακών με συνδέσεις p-n σάς επιτρέπει να έχετε αρκετή ηλεκτρική ενέργεια. Τα υλικά και ο σχεδιασμός υφίστανται συνεχή βελτίωση, λόγω του οποίου αυξάνεται ο συντελεστής φωτοηλεκτρικής μετατροπής, είναι επίσης η αποδοτικότητα της συσκευής. Το μέγεθος της τάσης και του ρεύματος εξόδου της ηλιακής μπαταρίας εξαρτάται άμεσα από τον βαθμό φωτισμού περιβάλλοντος της συσκευής.

Τύποι φωτοηλεκτρικών μετατροπέων

Ο αριθμός των ποικιλιών των σύγχρονων ηλιακών συλλεκτών είναι σχεδόν δέκα. Κάθε παραλλαγή έχει τα δικά της χαρακτηριστικά. Όλα αυτά μπορούν να χωριστούν υπό όρους σε δύο μεγάλες ομάδες - φιλμ πυριτίου και πολυμερούς. Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα καθένα από αυτά.

Ηλιακά πάνελ πυριτίου

Οι συσκευές παράγουν συνεχές ρεύμα, το οποίο εμφανίζεται ως αποτέλεσμα επαφής με μια πλάκα πυριτίου ή πυριτίου-υδρογόνου ηλιακής ακτινοβολίας. Τα χαρακτηριστικά του υλικού είναι τέτοια ώστε οι ακτίνες του ήλιου που πέφτουν πάνω του να μετατοπίζουν ηλεκτρόνια από τις τροχιές των ατόμων. Τα απελευθερούμενα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ηλεκτρικό ρεύμα.Τέτοιες συσκευές χαρακτηρίζονται από μέγιστη απόδοση, αλλά είναι αρκετά δύσκολο να κατασκευαστούν, γεγονός που τις καθιστά ακριβές. Υπάρχουν πολλές ποικιλίες μπαταριών πυριτίου.

Προβολή # 1 - Μονοκρυσταλλικοί μετατροπείς

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των στοιχείων αυτού του τύπου είναι η κατεύθυνση των φωτοευαίσθητων κυττάρων αυστηρά προς μία κατεύθυνση. Από τη μία πλευρά, αυτό είναι πολύ καλό, γιατί σας επιτρέπει να έχετε το υψηλότερο από όλα τα παρόμοια συστήματα απόδοσης. Με μετατροπείς μονού κρυστάλλου, φτάνει το 22%. Ωστόσο, για λειτουργία, το πάνελ πρέπει πάντα να περιστρέφεται προς τον ήλιο, διαφορετικά η ενεργειακή απόδοση θα μειωθεί απότομα.

Το διασκορπισμένο φως κατά το ηλιοβασίλεμα ή την αυγή, σε συννεφιασμένες μέρες δίνει ένα πολύ μικρό αποτέλεσμα, το οποίο καθιστά τους μετατροπείς ενός κρυστάλλου μια καλή επιλογή για νότιες περιοχές όπου υπάρχουν πολλές ηλιόλουστες μέρες. Εξωτερικά, τέτοια συστήματα μπορούν εύκολα να διακριθούν από τις λοξές γωνίες των πλαισίων, γεγονός που οφείλεται στις ιδιαιτερότητες της κατασκευής τους και στο βαθύ μαύρο χρώμα που δίνουν τα κύτταρα σε μία κατεύθυνση.

Οι μονοκρυσταλλικές μονάδες χαρακτηρίζονται από την υψηλότερη απόδοση. Αποτελούνται από κρυστάλλους πυριτίου προσανατολισμένους αυστηρά σε μία κατεύθυνση.

Προβολή # 2 - Πολυκρυσταλλικές μπαταρίες

Οι κρυστάλλοι πυριτίου πανκατευθύνσεως βρίσκονται στις πλάκες, γεγονός που δίνει χαμηλότερη απόδοση σε σύγκριση με τους απλούς κρυστάλλους. Είναι περίπου 18%. Η εμφάνιση των πάνελ είναι επίσης διαφορετική. Είναι πλάκες σωστού τετραγωνικού σχήματος σε σκούρο μπλε. Η ετερογένεια της δομής και του χρώματος τους εξηγείται από το γεγονός ότι ετερογενείς κρύσταλλοι πυριτίου περιλαμβάνονται στη σύνθεσή τους, και επιπλέον, υπάρχουν μερικές ακαθαρσίες.

Τα πολυκρυσταλλικά ηλιακά κύτταρα χαρακτηρίζονται από μια ανομοιογενή δομή και την παρουσία κρυστάλλων πυριτίου που προσανατολίζονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις

Για την κατασκευή πολυκρυσταλλικών πάνελ, μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο πρωτογενές πυρίτιο, αλλά και παρασκευασμένες δευτερογενείς πρώτες ύλες. Αυτό εξηγεί την παρουσία ορισμένου αριθμού ελαττωμάτων στον εξοπλισμό. Το κύριο πλεονέκτημα αυτών των πλακών είναι η καλή ενεργειακή τους απόδοση σε διάχυτο φως, γεγονός που τις καθιστά απαραίτητες για περιοχές όπου ο καιρός δεν είναι ασυνήθιστος.

Προβολή # 3 - άμορφα φύλλα πυριτίου

Τα άμορφα στοιχεία είναι πολύ λεπτά στρώματα πυριτίου, τα οποία λαμβάνονται με ψεκασμό του υλικού σε κενό. Η βάση είναι φύλλο από μέταλλο, πλαστικό ή γυαλί υψηλής ποιότητας. Η απόδοση τέτοιων συσκευών είναι μικρή και ανέρχεται μόνο στο 6%. Αυτό εξηγείται από την ταχύτερη εξάντληση των στρώσεων πυριτίου από τις κρυσταλλικές γκοφρέτες υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας. Όπως δείχνει η πρακτική, η αποτελεσματικότητα των άμορφων πάνελ μετά από δύο μήνες λειτουργίας μειώνεται κατά περίπου 20%. Μετά από ενάμισι έως δύο χρόνια, η μπαταρία μπορεί απλά να αποτύχει.

Οι μονάδες από άμορφο πυρίτιο έχουν χαμηλή απόδοση, αλλά λειτουργούν πολύ αποτελεσματικά σε συνθήκες διάχυτης φωτεινής ροής

Ωστόσο, η χρήση τους είναι δικαιολογημένη. Τα φωτοευαίσθητα κελιά προσανατολίζονται τυχαία, γεγονός που αυξάνει σημαντικά την αποδοτικότητα των συσκευών σε συννεφιά και σε διάσπαρτο φως. Επιπλέον, ο βαθμός απορρόφησης της εισερχόμενης φωτεινής ροής σε άμορφα πάνελ είναι σχεδόν είκοσι φορές υψηλότερος από εκείνον παρόμοιων ανταγωνιστικών συσκευών πυριτίου. Η τεχνολογία μη αποβλήτων για την παραγωγή τέτοιων μπαταριών μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος τους. Εξωτερικά, οι άμορφες πλάκες διακρίνονται από ένα σκούρο γκρι χρώμα.

Προβολή # 4 - Υβριδικοί μετατροπείς φωτογραφιών

Τέτοια πάνελ συνδυάζουν μικροκρυστάλλους και άμορφο πυρίτιο. Οι ιδιότητες των υβριδικών μετατροπέων ροής φωτός είναι πολύ κοντά στις ιδιότητες των πολυκρυσταλλικών στοιχείων. Η μόνη διαφορά είναι ότι η απόδοσή τους υπό συνθήκες φωτισμού περιβάλλοντος είναι πολύ υψηλότερη. Ένα άλλο χαρακτηριστικό γνώρισμα τέτοιων πάνελ είναι η δυνατότητα μετατροπής όχι μόνο της υπεριώδους ακτινοβολίας, αλλά και των υπέρυθρων ακτίνων σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Ηλιακοί μετατροπείς πολυμερούς φιλμ

Μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση για τις μπαταρίες πυριτίου. Πρόκειται για μια μεμβράνη που αποτελείται από ένα πολυμερές ενεργό στρώμα, ηλεκτρόδια αλουμινίου, ένα οργανικό εύκαμπτο υπόστρωμα και ένα ειδικό προστατευτικό στρώμα. Τα φωτοκύτταρα αλληλοσυνδέονται, με αποτέλεσμα μια ηλιακή μπαταρία σε ρολό. Τέτοιες συσκευές είναι πολύ ευέλικτες, συμπαγείς και ελαφριές. Το κόστος τους είναι ελαφρώς χαμηλότερο από τα ανάλογα πυριτίου, καθώς το ακριβό πυρίτιο δεν χρησιμοποιείται στην παραγωγή. Επιπλέον, οι συσκευές είναι πιο φιλικές προς το περιβάλλον, καθώς έχουν μικρότερο αντίκτυπο στο περιβάλλον.

Η απόδοση τέτοιων συσκευών είναι χαμηλή. Είναι περίπου 6,5%. Σε βιομηχανική κλίμακα, οι πρώτες μπαταρίες πολυμερούς άρχισαν να παράγονται στη Δανία. Η διαδικασία παραγωγής συνίσταται σε μια ειδική πολυεπίπεδη εκτύπωση ενός ηλιακού στοιχείου σε μια ειδική ευέλικτη μεμβράνη. Στη συνέχεια μπορεί να κοπεί, να συστραφεί και να γίνει σε ηλιακούς συλλέκτες σχεδόν οποιουδήποτε μεγέθους. Το κόστος των στοιχείων φιλμ είναι τάξης μεγέθους χαμηλότερο από αυτό του πυριτίου. Ωστόσο, η εύρεση τέτοιων πάνελ προς πώληση είναι ακόμη πολύ δύσκολη. Η παραγωγή βρίσκεται σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης.

Για την κατασκευή πολυμερών ηλιακών πλαισίων δεν χρειάζονται ακριβό πυρίτιο, το οποίο μειώνει σημαντικά το κόστος παραγωγής

Τι προσφέρει η αγορά - επισκόπηση κατασκευαστών

Μια μεγάλη ποικιλία από πάνελ πολυ και μονής κρυστάλλου παρουσιάζεται στη ρωσική αγορά. Τα περισσότερα από αυτά κατασκευάζονται στην Κίνα, κάτι που δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς αυτή η χώρα είναι ηγέτης στην παραγωγή και πώληση διαφόρων συστημάτων παραγωγής ηλιακής ενέργειας. Γερμανικά προϊόντα από την SCHOTT και Calixo, Ιαπωνικά από την SHARP και προϊόντα από ρωσικές εταιρείες εκπροσωπούνται επίσης στην αγορά. Οι τελευταίοι συμμετέχουν συχνότερα στη συναρμολόγηση ηλιακών κυψελών από κινεζικά κατασκευασμένα εξαρτήματα.

Ωστόσο, υπάρχουν επιχειρήσεις που παράγουν φωτο μετατροπείς. Το εργοστάσιο Hevel, που βρίσκεται στο Novocheboksarsk, παράγει υβριδικά πάνελ λεπτής μεμβράνης. Το εργοστάσιο του Κρόνου στο Κρασνοντάρ ειδικεύεται σε ηλιακούς συλλέκτες που λειτουργούν στο αρσενίδιο του γαλλίου. Τα τελευταία προορίζονται κυρίως για τη διαστημική βιομηχανία. Οι οικιακές μονάδες παράγονται από δύο επιχειρήσεις: «Εργοστάσιο μεταλλικών-κεραμικών συσκευών» στο Ryazan και «Telecom-STV» στο Zelenograd.

Οι εγχώριοι κατασκευαστές παράγουν διάφορους τύπους ηλιακών κυψελών πυριτίου

Το εργοστάσιο Ryazan παράγει δύο βασικούς τύπους συσκευών:

• RZMP-130-T με ισχύ από 105 έως 145 watt.
• RZMP-220-T με ισχύ από 200 έως 240 watt.

Οι συσκευές αποτελούνται από πολλά στοιχεία που συνδέονται σε σειρά. Το πάνελ καλύπτεται με γυαλί υψηλής διαφάνειας και τοποθετείται σε προφίλ αλουμινίου. Αυτός ο σχεδιασμός δίνει την ισχύ της μπαταρίας και την προστατεύει από δυσμενείς καιρικές συνθήκες. Το κόστος τέτοιων συσκευών είναι αρκετά υψηλό. Για παράδειγμα, το μοντέλο RZMP-130-T, του οποίου η ισχύς είναι 120 watt, θα κοστίσει στον αγοραστή περισσότερα από 16.000 ρούβλια.

Η Telecom-STV παράγει πολύ περισσότερα διαφορετικά μοντέλα ηλιακών συλλεκτών. Μεταξύ αυτών είναι οι μονάδες πολυ και μονής κρυστάλλου, εξειδικευμένες και ειδικές εύκαμπτες μπαταρίες, καθώς και πάνελ μονής κρυστάλλου αυξημένης απόδοσης. Η τάση εξόδου μπορεί να προσαρμοστεί τόσο σε συστήματα υψηλής τάσης (34-38 V) όσο και σε χαμηλή τάση (17-18,5 V).

Οι μονάδες πυριτίου διατίθενται σε πλαίσιο αλουμινίου, καλυμμένο με ειδικό γυαλί με υφή. Ο κατασκευαστής παρέχει πενταετή εγγύηση για τις μπαταρίες του και πιστοποιεί τον εξοπλισμό του, αν και αυτό δεν είναι απαραίτητο από το νόμο. Τα πάνελ Zelenograd είναι ελαφρύτερα και λιγότερο συνολικά από το Ryazan. Το κόστος τους είναι σχεδόν ενάμιση φορές χαμηλότερο, παρά το γεγονός ότι η ποιότητα των ηλιακών συλλεκτών είναι σταθερά υψηλή.

Οι ηλιακές μονάδες από άμορφο πυρίτιο μπορούν να λειτουργήσουν σε διάφορες κλιματολογικές συνθήκες

Η Hevel Plant είναι η μόνη μονάδα παραγωγής που χρησιμοποιεί μικρομορφική τεχνολογία.Αυτές είναι πλάκες που κατασκευάζονται με βάση το άμορφο πυρίτιο με μια ορισμένη ποσότητα διασπαρμένων μικροκρυστάλλων. Τα πάνελ λειτουργούν αποτελεσματικά σε φως περιβάλλοντος και ανταγωνίζονται με σιγουριά με μπαταρίες πολυ και μονής κρυστάλλου. Η εταιρεία μόλις ξεκίνησε την παραγωγή, οπότε δεν είναι ακόμη δυνατή η εύρεση της σε όλα τα καταστήματα. Το κόστος αυτών των πάνελ είναι αρκετά προσιτό. Μια συσκευή ισχύος 125 W θα πρέπει να πληρώσει περίπου 10.000 ρούβλια, κάτι που είναι ελαφρώς υψηλότερο από αυτό του κύριου ανταγωνιστή της Ταϊβάν Green Energy Technology. Τα προϊόντα τους με παρόμοιες ιδιότητες κοστίζουν περίπου 7.000 ρούβλια.

Η γκάμα των ηλιακών συλλεκτών είναι πολύ μεγάλη. Και μόνο ένα άτομο που πρόκειται να αγοράσει έναν φωτο μετατροπέα μπορεί να αποφασίσει σε ποια επιλογή πρέπει να σταματήσει. Ταυτόχρονα, αξίζει να εξεταστεί η γνώμη εμπειρογνωμόνων που προτείνουν την επιλογή πολυκρυσταλλικών μονάδων για τη ρύθμιση της αυτόνομης τροφοδοσίας στο σπίτι. Είναι σαφές ότι το μονό κρύσταλλο είναι πιο αποτελεσματικό, αλλά δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι αυτός είναι ένας μάλλον αυθαίρετος δείκτης. Η χρήση ηλιακών συλλεκτών γίνεται όλο και πιο δημοφιλής. Παρά το υψηλό κόστος τους, αυτές οι συσκευές αποδίδουν γρήγορα. Και το πιο σημαντικό, σας επιτρέπουν να παίρνετε τον απαραίτητο ηλεκτρισμό σχεδόν "από το τίποτα."