Panele słoneczne: klasyfikacja + przegląd paneli domowych

Niedawno autonomiczne systemy energetyczne dla domów wydawały się fantastyczne. Dzisiaj pewnie wkraczają w nasze życie. Chylący się Europejczycy od dawna używają tak zwanych paneli słonecznych, aby zapewnić swoim domom energię elektryczną. W Rosji takie systemy wciąż zyskują popularność. Wynika to ze stosunkowo wysokich kosztów sprzętu. Jednak technologie jego produkcji są ulepszane, a cena urządzeń stopniowo spada, co czyni je bardziej dostępnymi dla klientów. Jakie panele wybrać do prywatnego domu? Zróbmy to dobrze.

Zasada działania ogniw słonecznych

Urządzenia przetwarzające światło słoneczne na energię elektryczną działają na dość prostej zasadzie. Aby to zrozumieć, pamiętaj tylko szkolny kurs fizyki. W szczególności odśwież wiedzę na temat połączenia p-n. To on jest w stanie przekształcić energię światła w energię elektryczną. Zjawisko to wyraźnie ilustruje doświadczenie z obciętym tranzystorem. Światło pada na złącze pn, a podłączony do niego woltomierz zaczyna rejestrować nieznaczne wartości prądu elektrycznego. Wraz ze wzrostem obszaru złącza pn wzrośnie ilość wytwarzanej energii elektrycznej.

Zasada działania paneli słonecznych opiera się na zamianie energii świetlnej na energię elektryczną. Duża powierzchnia paneli pozwala wygenerować więcej energii.

Wszystkie nowoczesne konwertery fotowoltaiczne działają na tej zasadzie. Stosunkowo duży obszar płytek z połączeniami p-n pozwala uzyskać wystarczającą ilość prądu. Materiały i konstrukcja podlegają ciągłemu doskonaleniu, dzięki czemu wzrasta współczynnik konwersji fotoelektrycznej, co jest również wydajnością urządzenia. Wielkość napięcia i prądu wyjściowego baterii słonecznej zależy bezpośrednio od stopnia oświetlenia otoczenia urządzenia.

Rodzaje konwerterów fotoelektrycznych

Liczba odmian nowoczesnych paneli słonecznych jest bliska dziesięciu. Każda odmiana ma swoją własną charakterystykę. Wszystkie z nich można warunkowo podzielić na dwie duże grupy - folię silikonową i polimerową. Rozważmy bardziej szczegółowo każdy z nich.

Krzemowe panele słoneczne

Urządzenia wytwarzają prąd stały, który pojawia się w wyniku kontaktu z krzemową lub krzemowo-wodową płytką promieniowania słonecznego. Cechy tego materiału są takie, że promienie słońca, które na niego spadają, przesuwają elektrony z orbit atomów. Uwolnione elektrony tworzą prąd elektryczny.Takie urządzenia charakteryzują się maksymalną wydajnością, ale są dość trudne w produkcji, co czyni je drogimi. Istnieje kilka odmian akumulatorów silikonowych.

Zobacz # 1 - Konwertery monokrystaliczne

Charakterystyczną cechą elementów tego typu jest kierunek ogniw światłoczułych ściśle w jednym kierunku. Z jednej strony jest to bardzo dobre, ponieważ pozwala uzyskać najwyższy ze wszystkich podobnych systemów wydajności. W przypadku konwerterów monokrystalicznych osiąga 22%. Jednak do pracy panel powinien zawsze być skierowany w stronę słońca, w przeciwnym razie wydajność energetyczna gwałtownie spadnie.

Rozproszone światło o zachodzie słońca lub świcie, w pochmurne dni daje bardzo mały wynik, co czyni konwertery monokryształowe dobrym wyborem dla obszarów południowych, gdzie jest wiele słonecznych dni. Zewnętrznie takie systemy można łatwo odróżnić za pomocą fazowanych narożników paneli, co wynika ze specyfiki ich wytwarzania oraz głębokiej czerni koloru, jaki dają komórki skierowane w jednym kierunku.

Moduły monokrystaliczne mają najwyższą wydajność. Składają się z kryształów krzemu zorientowanych ściśle w jednym kierunku.

Zobacz # 2 - Baterie polikrystaliczne

Wielokierunkowe kryształy krzemu znajdują się na płytkach, co daje niższą wydajność w porównaniu do monokryształów. To około 18%. Wygląd paneli jest również inny. Są to płytki o prawidłowym kwadratowym kształcie w kolorze ciemnoniebieskim. Niejednorodność ich struktury i koloru tłumaczy się tym, że w ich skład wchodzą heterogeniczne kryształy krzemu, a ponadto obecne są pewne zanieczyszczenia.

Polikrystaliczne ogniwa słoneczne charakteryzują się niejednorodną strukturą i obecnością kryształów krzemu zorientowanych w różnych kierunkach

Do produkcji paneli polikrystalicznych można stosować nie tylko pierwotny krzem, ale także przygotowane surowce wtórne. To tłumaczy obecność pewnej liczby wad w sprzęcie. Główną zaletą takich płyt jest ich dobra efektywność energetyczna w rozproszonym świetle, co czyni je niezbędnymi w obszarach, w których pochmurna pogoda nie jest rzadkością.

Zobacz # 3 - amorficzne panele silikonowe

Elementy amorficzne to bardzo cienkie warstwy krzemu, które otrzymuje się przez natryskiwanie materiału w próżni. Podstawą jest folia wykonana z wysokiej jakości metalu, plastiku lub szkła. Wydajność takich urządzeń jest niewielka i wynosi tylko 6%. Wyjaśnia to szybsze wypalanie warstw krzemu niż płytki krystaliczne pod wpływem promieniowania słonecznego. Jak pokazuje praktyka, skuteczność paneli amorficznych po dwóch miesiącach pracy jest zmniejszona o około 20%. Po półtora do dwóch lat bateria może po prostu ulec awarii.

Moduły wykonane z amorficznego krzemu mają niską wydajność, ale działają bardzo skutecznie w warunkach rozproszonego strumienia światła

Jednak ich użycie jest uzasadnione. Fotoczułe ogniwa są zorientowane losowo, co znacznie zwiększa wydajność urządzeń przy pochmurnej pogodzie i rozproszonym świetle. Ponadto stopień pochłaniania strumienia światła przychodzącego w amorficznych panelach jest prawie dwudziestokrotnie wyższy niż w podobnych konkurencyjnych urządzeniach krzemowych. Technologia bezodpadowa do produkcji takich akumulatorów może znacznie obniżyć ich koszty. Zewnętrznie amorficzne płytki można odróżnić ciemnoszarym kolorem.

Zobacz # 4 - Hybrydowe konwertery zdjęć

Takie panele łączą mikrokryształy i amorficzny krzem. Właściwości hybrydowych konwerterów strumienia świetlnego są bardzo zbliżone do właściwości elementów polikrystalicznych. Jedyną różnicą jest to, że ich wydajność w warunkach oświetlenia otoczenia jest znacznie wyższa. Inną wyróżniającą cechą takich paneli jest zdolność przekształcania nie tylko promieniowania ultrafioletowego, ale także promieni podczerwonych w prąd elektryczny.

Konwertery słoneczne z folii polimerowej

Obiecująca alternatywa dla akumulatorów silikonowych. Są to folie składające się z warstwy aktywnej polimeru, elektrod aluminiowych, elastycznego podłoża organicznego i specjalnej warstwy ochronnej. Filmowe ogniwa słoneczne są ze sobą łączone, co daje rolkowy akumulator słoneczny. Takie urządzenia są bardzo elastyczne, kompaktowe i lekkie. Ich koszt jest nieco niższy niż analogów krzemu, ponieważ w produkcji nie stosuje się drogiego krzemu. Ponadto urządzenia są bardziej przyjazne dla środowiska, ponieważ mają mniejszy wpływ na środowisko.

Wydajność takich urządzeń jest niska. To około 6,5%. Na skalę przemysłową pierwsze baterie polimerowe zaczęto produkować w Danii. Proces produkcji polega na specjalnym wielowarstwowym drukowaniu fotokomórki na specjalnej elastycznej folii. Można go następnie pociąć, skręcić i przekształcić w panele słoneczne niemal dowolnego rozmiaru. Koszt elementów foliowych jest o rząd wielkości niższy niż w przypadku krzemu. Jednak znalezienie takich paneli w sprzedaży jest nadal bardzo trudne. Produkcja jest na wczesnym etapie rozwoju.

Do produkcji polimerowych modułów słonecznych nie potrzeba drogiego krzemu, co znacznie obniża koszty produkcji

Co oferuje rynek - przegląd producentów

Duży asortyment paneli poli- i monokrystalicznych jest prezentowany na rynku rosyjskim. Większość z nich jest produkowana w Chinach, co nie jest zaskakujące, ponieważ kraj ten jest liderem w produkcji i sprzedaży różnych systemów wytwarzania energii słonecznej. Na rynku są również reprezentowane produkty niemieckie SCHOTT i Calixo, japońskie SHARP oraz produkty rosyjskich firm. Te ostatnie są najczęściej zaangażowane w montaż ogniw słonecznych z chińskich komponentów.

Niemniej jednak istnieją przedsiębiorstwa produkujące fotokonwertery. Zakład Hevel w Nowoczboksarsku produkuje cienkowarstwowe panele hybrydowe. Zakład Saturn w Krasnodarze specjalizuje się w panelach słonecznych działających na arsenku galu. Te ostatnie są przeznaczone głównie dla przemysłu kosmicznego. Moduły domowe są wytwarzane przez dwa przedsiębiorstwa: „Zakład urządzeń metalowo-ceramicznych” w Ryazanie i „Telecom-STV” w Zelenogradzie.

Krajowi producenci produkują różne rodzaje krzemowych ogniw słonecznych

Zakład w Ryazanie produkuje dwa główne typy urządzeń:

• RZMP-130-T o zakresie mocy od 105 do 145 watów.
• RZMP-220-T o zakresie mocy od 200 do 240 watów.

Urządzenia składają się z kilku elementów połączonych szeregowo. Panel jest pokryty wysoce przezroczystym hartowanym szkłem teksturowanym i umieszczony w profilu aluminiowym. Ta konstrukcja zapewnia wytrzymałość baterii i chroni przed niekorzystnymi warunkami pogodowymi. Koszt takich urządzeń jest dość wysoki. Na przykład model RZMP-130-T, którego moc wynosi 120 watów, będzie kosztować nabywcę ponad 16 000 rubli.

Telecom-STV produkuje znacznie więcej różnych modeli paneli słonecznych. Należą do nich moduły poli- i monokrystaliczne, specjalistyczne i specjalne elastyczne baterie, a także wysokosprawne panele monokrystaliczne. Napięcie wyjściowe można dostosować zarówno do układów wysokiego napięcia (34-38 V), jak i niskiego napięcia (17-18,5 V).

Moduły silikonowe są dostępne w aluminiowej ramie, pokrytej specjalnym teksturowanym szkłem. Producent udziela pięcioletniej gwarancji na swoje akumulatory i certyfikuje swoje urządzenia, chociaż zgodnie z prawem nie jest to konieczne. Panele Zelenograd są lżejsze i mniej ogólnie niż Ryazan. Ich koszt jest prawie półtora raza niższy, mimo że jakość paneli słonecznych jest niezmiennie wysoka.

Amorficzne krzemowe moduły słoneczne z fabryki Hevel mogą działać w różnych warunkach klimatycznych

Hevel Plant jako jedyny produkuje moduły wykorzystujące technologię mikromorficzną.Są to płytki wykonane na bazie amorficznego krzemu z pewną ilością przeplatanych mikrokryształów. Panele działają wydajnie w świetle otoczenia i pewnie konkurują z akumulatorami polikrystalicznymi i monokrystalicznymi. Firma dopiero rozpoczęła produkcję, więc nie można jej jeszcze znaleźć we wszystkich sklepach. Koszt takich paneli jest dość przystępny. Urządzenie o mocy 125 W będzie musiało zapłacić około 10 000 rubli, czyli nieco więcej niż główny konkurent tajwańskiej technologii zielonej energii. Ich produkty o podobnych właściwościach kosztują około 7000 rubli.

Zakres paneli słonecznych jest bardzo szeroki. I tylko osoba, która zamierza kupić fotokonwerter, może zdecydować, na którą opcję powinien się zatrzymać. Jednocześnie warto wziąć pod uwagę opinię ekspertów, którzy zalecają wybór modułów polikrystalicznych do układania autonomicznego zasilania w domu. Oczywiste jest, że monokryształy są bardziej skuteczne, ale nie możemy zapominać, że jest to raczej arbitralny wskaźnik. Zastosowanie paneli słonecznych staje się coraz bardziej popularne. Pomimo wysokich kosztów urządzenia te szybko się opłacają. Co najważniejsze, pozwalają uzyskać niezbędną energię elektryczną niemal „z niczego”.