Cum funcționează panourile solare

Structura panoului solar și principiul de funcționare a acestuia depind de materialele și tehnologia din care este fabricat. Prin urmare, este necesar să se înțeleagă caracteristicile principalelor opțiuni pentru a înțelege care sunt diferențele dintre ele și pentru a alege soluția potrivită pentru utilizare. Toate datele sunt relevante pentru produsele de calitate, bateriile ieftine pot să nu îndeplinească parametrii menționați, deoarece sunt adesea fabricate cu nereguli în tehnologie.

Modelul standard al unui panou solar rigid.

Terminologie

Principalii termeni utilizați în acest domeniu sunt:

1. Energie solară - energie electrică obținută de la soare atunci când se utilizează panouri.
2. Insolația solară - indică cantitatea de lumină solară primită pe metru pătrat de suprafață perpendiculară pe raze.
3. Celule fotovoltaice - module capabile să convertească lumina solară în energie electrică. De obicei, acestea produc între 1 și 2 wați de energie, dar sunt disponibile și versiuni mai performante.
4. Sistem fotovoltaic - un set de echipamente care transformă lumina soarelui în energie electrică.
5. Celulele sau panourile solare sunt un grup de celule fotovoltaice grupate într-un modul mare și conectate în serie sau în serie-paralel. În mod obișnuit, o singură baterie conține între 36 și 40 de segmente.
6. Array - mai multe panouri solare conectate pentru a obține cantitatea de curent necesară.
7. Module cu ramă - structuri în cadru de aluminiu, robuste și etanșe.
8. Celule fără cadru - versiuni flexibile, sunt utilizate în aplicații cu sarcini mai mici.
9. Kilowatt-oră (kW) - o măsură standard a puterii electrice.
10. Eficiență (randament) - a panourilor solare. Indică cât de multă energie solară care atinge suprafața este transformată în energie electrică. În mod normal, cifra este de 15-24%.
11. Degradare - reducerea capacității celulelor solare care apare din cauze naturale. Se măsoară ca procent din valorile originale.
12. Vârfurile de sarcină sunt momentele în care este necesară cea mai mare cantitate de energie electrică.
13. Siliciul cristalin este materia primă pentru panourile solare. Cea mai comună și de lungă durată opțiune în prezent.
14. Siliciu amorf - compoziție aplicată pe suprafață prin evaporare și sigilată cu un strat protector.
15. Semiconductori - substanțe care pot conduce un curent în anumite condiții. Aceasta include majoritatea noilor materiale utilizate în fabricarea celulelor solare.
16. Invertor - un dispozitiv care transformă curentul continuu în curent alternativ.
17. Controler - reglează tensiunea de ieșire de la modulele solare pentru a încărca în mod corespunzător bateriile.

Harta insolației în Rusia.

Aceștia sunt doar cei mai comuni termeni, există și alte opțiuni. Dar chiar și cunoașterea noțiunilor de bază vă va ajuta să înțelegeți mult mai bine subiectul.

Categorii de calitate

Pentru a evalua calitatea unui panou solar, primul lucru pe care trebuie să-l faceți este să aflați calitatea materiei prime utilizate pentru producerea celulelor fotovoltaice. Acest lucru determină eficiența și durata de viață a produsului finit. Există patru clase principale:

1. Grad A - Cea mai bună calitate, care este lipsită de orice deteriorare și crăpături. Omogenitatea umpluturii și netezimea suprafeței garantează o performanță ridicată, care este adesea chiar mai mare decât cea menționată în documentație. În plus, această variantă are cea mai mică rată de degradare și menține performanțe bune pe o perioadă lungă de timp.
2. Grad B este de o calitate ușor inferioară și poate avea imperfecțiuni de suprafață. Cu toate acestea, este adesea utilizat pentru a obține un produs cu performanțe comparabile cu cele ale produsului de calitate A. Coeficientul de degradare este mult mai mic și, prin urmare, își pierde mai repede caracteristicile inițiale.
3. Grad C - o opțiune în care pot exista defecte destul de grave, de la crăpături la așchii și alte deteriorări. Aceste module au un preț mult mai mic, dar eficiența lor nu este niciodată mai mare de 15%. O soluție ieftină, potrivită pentru sarcini mici.
4. Grad D - Practic, acesta este un deșeu de material rămas de la fabricarea celulelor fotovoltaice care nu ar trebui să fie utilizat pentru fabricarea bateriilor. Dar mulți producători nu foarte cinstiți, în special din Asia, le folosesc în producție. Performanța acestei opțiuni este extrem de slabă.

Este mai bine să alegeți prima opțiune, dar, în caz de nevoie, și cea de-a doua este suficientă. Numai acestea vor putea oferi o eficiență normală și vor dura mult timp.

Pelicula de protecție de pe panourile solare trebuie să fie, de asemenea, de înaltă calitate.

Materialul de laminare EVA este o peliculă specială care este plasată pe partea din față și poate fi utilizată pe partea din spate. Scopul principal este de a proteja elementele de operare de influențele negative fără a interfera cu lumina solară. Versiunile de calitate superioară durează aproximativ 25 de ani, iar cele de calitate inferioară între 5 și 10 ani. Este imposibil să definești un tip cu ochiul liber, de aceea este mai ușor să judeci după preț - variantele bune nu vor avea prețuri mici.

În videoclip, curentul electric este explicat grafic pe exemplul expunerii la lumina soarelui.

Cum funcționează

Explicarea modului de funcționare a unui panou solar este dificilă, dar se pot face câteva precizări generale:

1. Atunci când lumina soarelui atinge celulele fotovoltaice, perechile de electroni și găuri de electroni care nu se află în echilibru încep să se formeze.
2. Excesul de electroni îi determină pe aceștia să se deplaseze în stratul inferior al semiconductorului.
3. Se creează o tensiune în circuitul extern. Polul pozitiv apare la contactul cu stratul p, iar polul negativ apare la contactul cu stratul n.
4. Dacă un pachet de baterii este conectat la celulele fotovoltaice, se creează un cerc vicios, iar electronii în mișcare constantă asigură o încărcare treptată a bateriei.
5. Modulele convenționale din siliciu sunt celule cu o singură tranziție care pot genera energie doar dintr-un anumit spectru de lumină solară. Din această cauză, eficiența echipamentului este scăzută.
6. Pentru a rezolva această problemă, producătorii au dezvoltat versiuni în cascadă; acestea pot extrage energie din diferite raze ale spectrului solar. Aceasta crește eficiența, dar din cauza costului ridicat de producție, prețul acestor panouri este mult mai mare.
7. Energia care nu este transformată în electricitate este transformată în căldură, astfel încât panourile solare se încălzesc până la 55 de grade, iar panourile semiconductoare se încălzesc până la 180 de grade în acest proces. Și, pe măsură ce se încălzește, eficiența panoului solar scade.

Cea mai simplă diagramă a unui panou solar.

Apropo! Panourile solare sunt mai eficiente în zilele senine de iarnă, când există multă lumină și temperaturile scăzute răcesc suprafața.

Din ce sunt făcute panourile solare

Pentru a studia construcția unui panou solar, trebuie să înțelegeți principalele soiuri, deoarece tehnologia de producție are diferențe semnificative în funcție de materiile prime utilizate:

1. Baterii CdTe. Telurura de cadmiu este utilizată la fabricarea modulelor de film. Un strat de câteva sute de micrometri este suficient pentru a obține un randament de aproximativ 11% sau chiar mai mare. Dar, în termeni de wați per watt, este cu cel puțin 30% mai ieftin decât alternativele tradiționale din siliciu. Și este o alternativă mult mai subțire și mai ușoară.
2. Tipul CIGS. Abrevierea înseamnă că acesta conține cupru, indiu, galiu și seleniu. Semiconductorul rezultat este, de asemenea, aplicat într-un strat mic, dar, spre deosebire de prima variantă, eficiența este aici cu un ordin de mărime mai mare, de 15%.
3. GaAs și InP sunt capabile să depună un strat subțire de 5-6 μm și au o eficiență de aproximativ 20%. Acesta este un cuvânt nou în domeniul tehnologiilor de generare a energiei electrice din lumina soarelui. Datorită temperaturilor ridicate de funcționare, bateriile pot fi încălzite până la un nivel ridicat fără a pierde din performanță. Dar, datorită faptului că în producție se folosesc materiale din pământuri rare, costul acestui tip este ridicat.
4. Baterii cu puncte cuantice (QDSC). Aceștia folosesc puncte cuantice în locul materialelor tradiționale ca material absorbant pentru conversia energiei solare. Prin reglarea benzilor interzise, este posibilă realizarea de module cu mai multe joncțiuni care absorb mai eficient energia solară.
5. Siliciu amorf se aplică prin evaporare și are o structură eterogenă. Nu este foarte eficient, dar suprafața omogenă este foarte bună la absorbția chiar și a luminii împrăștiate.
6. Policristalină Variante realizate prin topirea siliciului și răcirea acestuia în anumite condiții pentru a obține cristale unidirecționale. Una dintre cele mai comune soluții datorită ieftinirii producției și eficienței bune.
7. Monocristalină constau din cristale unice tăiate în plăci subțiri și aliate cu fosfor. Cea mai durabilă soluție, care are o rată de degradare scăzută și o durată de viață de cel puțin 30 de ani, dar cel mai adesea mai mare cu 10-15 ani.

Bateriile cu telurură de cadmiu se numără printre cele mai profitabile din punct de vedere al costului pe kilowatt de electricitate.

Apropo! Eficiența acestei sau acelei variante depinde de tehnologia de producție, deci este necesar să o clarificăm.

Citește și

Tipuri și metode de instalare a panourilor solare

 

Pro și contra panourilor solare

Fiecare tip are propriile caracteristici care merită luate în considerare atunci când se alege tipul cel mai potrivit:

1. Panourile monocristaline au cel mai mare randament și, prin urmare, economisesc spațiu pentru module. Acestea au o durată de viață de cel puțin 25 de ani și își pierd încet puterea. În același timp, suprafața este foarte sensibilă la murdărie și trebuie curățată frecvent. Iar prețul este cel mai mare dintre toate variantele bazate pe siliciu.
2. Variantele policristaline nu absorb razele solare la fel de eficient, dar funcționează mai bine în lumină difuză. Acestea au un raport calitate-preț mai bun, dar ocupă mai mult spațiu din cauza eficienței mai scăzute.
3. Bateriile cu siliciu amorf pot fi amplasate oriunde, inclusiv pe pereții clădirilor, deoarece absorb bine lumina difuză. Acestea au o eficiență și un preț scăzut, astfel încât pot fi folosite ca o opțiune economică. În același timp, acestea durează mult timp și nu se tem de contaminarea suprafețelor.
4. Variantele de pământuri rare au avantaje și dezavantaje similare, astfel încât acestea pot fi luate în considerare împreună. Acestea sunt superioare panourilor clasice din punct de vedere al eficienței și pot fi aplicate pe peliculă, ceea ce este convenabil. Acestea au o gamă mai largă de temperaturi, astfel încât încălzirea nu afectează performanța. Însă, din cauza prețului ridicat și a rarității metalelor, aceste opțiuni nu sunt utilizate în masă.

Opțiunea de montare pe perete simplifică lucrările de instalare.

Unde se utilizează

Toate opțiunile luate în considerare pot fi instalate în sectorul privat pentru a obține energie electrică de la soare și a economisi costurile energetice sau chiar pentru a obține autonomie totală. În ceea ce privește utilizarea, există câteva orientări simple de care trebuie să țineți cont:

1. Variantele monocristaline și policristaline se instalează cel mai bine pe acoperiș sau pe sol, cu un cadru construit în prealabil la unghiul potrivit. De preferință, unghiul ar trebui să fie reglabil, astfel încât să vă puteți adapta la soare.
2. Modulele de film pot fi amplasate oriunde, atât pe pereți, cât și pe acoperișuri. Acestea funcționează bine chiar dacă razele nu ajung la suprafață la unghiul potrivit, ceea ce este foarte important.
3. De asemenea, industria preferă radiatoarele din folie, deoarece sunt mai ieftine și mai ușor de instalat.

Versiunile cu film sunt mai ușor de instalat pentru volume mari de lucru.

Există mai multe varietăți de panouri solare, dar aproximativ 90% din piață este ocupată de modelele tradiționale de siliciu, datorită prețului lor scăzut și a performanțelor bune. De asemenea, puteți alege una dintre soluțiile cu semiconductori, dar atunci va trebui să cheltuiți de o dată și jumătate sau de două ori mai mulți bani.