Как работят слънчевите панели

Структурата на соларния панел и принципът му на действие зависят от материалите и технологията, от които е изработен. Ето защо е необходимо да се запознаят с характеристиките на основните варианти, за да се разберат разликите между тях и да се избере подходящото решение за използване. Всички данни се отнасят за качествени продукти, а евтините батерии може да не отговарят на посочените параметри, тъй като често се произвеждат с технологични нередности.

Стандартен дизайн на твърд слънчев панел.

Терминология

Основните термини, използвани в тази област, са:

1. Слънчева енергия - електричество, което се получава от слънцето при използване на панели.
2. Слънчева инсолация - показва колко слънчева светлина се получава на квадратен метър от повърхността, перпендикулярна на лъчите.
3. Фотоволтаични клетки - модули, които могат да преобразуват слънчевата светлина в електрическа енергия. Обикновено произвеждат от 1 до 2 вата енергия, но се предлагат и версии с по-висока производителност.
4. Фотоволтаична система - комплект от оборудване, което преобразува слънчевата светлина в електричество.
5. Соларните клетки или панели представляват група от фотоволтаични клетки, обединени в голям модул и свързани последователно или последователно-паралелно. Обикновено една батерия съдържа от 36 до 40 сегмента.
6. Масив - няколко слънчеви панела, свързани за получаване на необходимото количество ток.
7. Рамкови модули - структури в алуминиева рамка, които са здрави и херметични.
8. Елементи без рамка - гъвкави версии, които се използват в приложения с по-ниски натоварвания.
9. Киловатчас (kW) - стандартна мярка за електрическа мощност.
10. Ефективност (КПД) - на слънчевите панели. Показва каква част от слънчевата енергия, която попада върху повърхността, се преобразува в електричество. Обикновено този процент е 15-24%.
11. Деградация - намаляване на капацитета на слънчевите клетки, което се дължи на естествени причини. Измерва се като процент от първоначалните стойности.
12. Пиковите натоварвания са моментите, в които е необходимо най-голямо количество електроенергия.
13. Кристалният силиций е суровината за слънчевите панели. Най-разпространеният и дълготраен вариант днес.
14. Аморфен силиций - състав, нанесен върху повърхността чрез изпаряване и запечатан със защитно покритие.
15. Полупроводници - вещества, които могат да провеждат ток при определени условия. Това включва повечето нови материали, използвани в производството на слънчеви клетки.
16. Инвертор - устройство, което преобразува постоянния ток в променлив.
17. Контролер - регулира изходното напрежение от соларните модули за правилно зареждане на батериите.

Карта на слънчевото греене в Русия.

Това са само най-често срещаните термини, има и допълнителни възможности. Но дори да знаете основите, това ще ви помогне да разберете темата много по-добре.

Категории за качество

За да се оцени качеството на даден соларен панел, първо трябва да се установи класът на суровината, използвана за производството на фотоволтаичните клетки. Това определя ефективността и експлоатационния живот на крайния продукт. Има четири основни класа:

1. Клас А - Най-добрият клас, който е без никакви повреди и пукнатини. Хомогенността на пълнежа и гладкостта на повърхността гарантират висока производителност, която често е дори по-висока от посочената в документацията. Освен това този вариант е с най-ниска степен на деградация и запазва добрите си характеристики за дълъг период от време.
2. Клас В е с малко по-ниско качество и може да има дефекти по повърхността. Въпреки това той често се използва за производство на продукт, сравним по характеристики с клас А. Коефициентът на разграждане е много по-нисък и поради това той губи по-бързо първоначалните си характеристики.
3. Клас C - опция, при която може да има доста сериозни дефекти - от пукнатини до стружки и други повреди. Тези модули са много по-евтини, но и ефективността им никога не е повече от 15%. Нескъпо решение, подходящо за малки натоварвания.
4. Клас D - По принцип това са отпадъчни материали, останали от производството на фотоволтаични клетки, които не бива да се използват за производството на батерии. Но много не съвсем коректни производители, особено в Азия, ги използват в производството. Работата на тази опция е изключително слаба.

По-добре е да изберете първия вариант, но в краен случай и вторият е подходящ. Само те ще могат да осигурят нормална ефективност и ще издържат дълго време.

Защитното фолио на слънчевите панели също трябва да е с високо качество.

EVA ламиниращият материал е специално фолио, което се поставя на лицевата страна и може да се използва на обратната страна. Основната цел е да се предпазят работните елементи от неблагоприятни влияния, без да се пречи на слънчевата светлина. Висококачествените версии издържат около 25 години, а нискокачествените - от 5 до 10 години. Невъзможно е да се определи видът с поглед, затова е по-лесно да се прецени по цената - добрите варианти няма да имат ниски цени.

Във видеото електрическият ток е обяснен графично на примера на излагане на слънчева светлина.

Как работи

Трудно е да се обясни как работи един слънчев панел, но могат да се направят някои общи изводи:

1. Когато слънчевата светлина попадне върху фотоволтаичните клетки, в тях започват да се образуват неравновесни двойки електрон-дупка.
2. Излишъкът от електрони ги кара да се преместват в долния слой на полупроводника.
3. Във външната верига се създава напрежение. Положителният полюс се появява в контакта на p-слоя, а отрицателният - в контакта на n-слоя.
4. Ако към фотоволтаичните клетки се свърже акумулаторна батерия, се създава затворена верига и постоянно движещите се електрони осигуряват постепенно зареждане на батерията.
5. Конвенционалните силициеви модули са еднопреходни клетки, които могат да генерират енергия само от определен спектър слънчева светлина. Поради тази причина ефективността на оборудването е ниска.
6. За да решат проблема, производителите са разработили каскадни версии; те могат да черпят енергия от различни лъчи на слънчевия спектър. Това повишава ефективността, но поради високите производствени разходи цената на тези панели е много по-висока.
7. Енергията, която не се превръща в електричество, се преобразува в топлина, така че слънчевите панели се нагряват до 55 градуса, а полупроводниковите панели - до 180 градуса. А с нагряването ефективността на слънчевия панел намалява.

Най-простата схема на слънчев панел.

Между другото! Слънчевите панели са най-ефективни в ясни зимни дни, когато има много светлина и ниските температури охлаждат повърхността.

От какво са направени слънчевите панели

За да проучите конструкцията на соларен панел, трябва да разберете основните разновидности, тъй като технологията на производство има значителни разлики в зависимост от използваните суровини:

1. CdTe батерии. Кадмиевият телурид се използва в производството на филмови модули. Слой от няколкостотин микрометра е достатъчен, за да се постигне ефективност от около 11 % или малко по-висока. Но по отношение на ват за ват той е поне с 30% по-евтин от традиционните силициеви алтернативи. И е много по-тънка и лека алтернатива.
2. Типът CIGS. Съкращението означава, че той съдържа мед, индий, галий и селен. Полученият полупроводник също се нанася в малък слой, но за разлика от първия вариант, тук ефективността е с порядък по-висока - 15 %.
3. GaAs и InP са способни да отлагат тънък слой от 5-6 μm и имат ефективност от около 20%. Това е нова дума в технологиите за производство на електроенергия от слънчева светлина. Благодарение на високите си работни температури батериите могат да бъдат нагрявани до високо ниво без загуба на ефективност. Но поради факта, че в производството се използват редкоземни материали, цената на този тип е висока.
4. Батерии с квантови точки (QDSC). Те използват квантови точки вместо традиционните материали в насипно състояние като абсорбиращ материал за преобразуване на слънчевата енергия. Чрез настройване на лентовите пролуки е възможно да се създадат многосъставни модули, които абсорбират слънчевата енергия по-ефективно.
5. Аморфен силиций се нанася чрез изпаряване и има хетерогенна структура. Тя не е много ефективна, но хомогенната повърхност поглъща много добре дори разсеяната светлина.
6. Поликристален варианти, произведени чрез разтопяване на силиций и охлаждането му при определени условия, за да се получат еднопосочни кристали. Едно от най-разпространените решения поради евтиното производство и добрата ефективност.
7. Монокристален клетките се състоят от единични кристали, нарязани на тънки пластини и легирани с фосфор. Най-дълготрайното решение, което се характеризира с ниска степен на разграждане и живот от поне 30 години, но най-често с 10-15 години по-дълъг.

Кадмиево-телуридните батерии са сред най-изгодните от гледна точка на разходите за киловат електроенергия.

Между другото! Ефективността на този или онзи вариант зависи от технологията на производство, затова е необходимо тя да бъде изяснена.

Прочетете също

Видове и методи за монтаж на слънчеви панели

 

Плюсове и минуси на слънчевите панели

Всеки тип има свои собствени характеристики, които си струва да се вземат предвид при избора на най-подходящия тип:

1. Монокристалните панели имат най-висока ефективност и по този начин спестяват място за модулите. Животът им е поне 25 години и бавно губят мощност. В същото време повърхността е много чувствителна към замърсяване и трябва да се почиства често. А цената е най-високата от всички варианти на силициева основа.
2. Поликристалните варианти не абсорбират слънчевите лъчи толкова ефективно, но работят по-добре при разсеяна светлина. Те са с по-добро съотношение цена-качество, но заемат повече място поради по-ниската си ефективност.
3. Аморфните силициеви батерии могат да се поставят навсякъде, включително по стените на сградите, тъй като абсорбират добре дифузната светлина. Те са с ниска ефективност и ниска цена, така че могат да се използват като икономичен вариант. В същото време те са дълготрайни и не се страхуват толкова от замърсяване на повърхността.
4. Вариантите с редкоземни елементи имат сходни предимства и недостатъци, така че могат да се разглеждат заедно. Те превъзхождат класическите панели по отношение на ефективността и могат да се прилагат върху фолио, което е удобно. Те имат по-голям температурен диапазон, така че нагряването не влияе на работата им. Но поради високата цена и рядкостта на металите тези опции не се използват масово.

Опцията за монтаж на стена опростява работата по монтажа.

Къде да използвате

Всички разгледани варианти могат да бъдат инсталирани в частния сектор, за да се добива електричество от слънцето и да се спестят разходи за енергия, или дори да се постигне пълна автономност. Когато става въпрос за използване, има някои прости насоки, които трябва да се вземат предвид:

1. Монокристалните и поликристалните варианти се монтират най-добре на покрива или на земята, като предварително се изгражда рамка под прав ъгъл. За предпочитане е ъгълът да може да се регулира, така че да се адаптирате към слънцето.
2. Филмовите модули могат да се поставят навсякъде, както на стени, така и на покриви. Те работят добре, дори ако лъчите не достигат до повърхността под правилен ъгъл, което е много важно.
3. Индустрията предпочита радиаторите от фолио, тъй като са по-евтини и по-лесни за монтаж.

Филмовите версии са по-лесни за инсталиране при големи обеми работа.

Съществуват няколко разновидности на соларни панели, но около 90% от пазара е зает от традиционните силициеви модели поради ниската им цена и добрите им характеристики. Можете да изберете и някое от полупроводниковите решения, но тогава ще трябва да похарчите един път и половина до два пъти повече пари.