Jak fungují solární panely

Konstrukce solárního panelu a princip jeho fungování závisí na materiálech a technologii, z nichž je vyroben. Proto je nutné znát vlastnosti hlavních možností, abyste pochopili, jaké jsou mezi nimi rozdíly, a vybrali vhodné řešení pro použití. Všechny údaje jsou relevantní pro kvalitní výrobky, levné baterie nemusí splňovat uvedené parametry, protože jsou často vyráběny s technologickými nesrovnalostmi.

Standardní provedení pevného solárního panelu.

Terminologie

Hlavní pojmy používané v této oblasti jsou:

1. Solární energie - elektřina získávaná ze slunce při použití panelů.
2. Sluneční záření - udává, kolik slunečního záření dopadá na metr čtvereční plochy kolmé na paprsky.
3. Fotovoltaické články - moduly schopné přeměňovat sluneční světlo na elektrickou energii. Obvykle produkují 1 až 2 watty energie, ale jsou k dispozici i výkonnější varianty.
4. Fotovoltaický systém - soubor zařízení, který přeměňuje sluneční světlo na elektřinu.
5. Solární články nebo panely představují skupinu fotovoltaických článků seskupených do velkého modulu a zapojených sériově nebo sériově-paralelně. Jedna baterie obvykle obsahuje 36 až 40 segmentů.
6. Solární pole - několik solárních panelů propojených tak, aby získaly požadované množství proudu.
7. Rámové moduly - konstrukce v hliníkovém rámu, které jsou robustní a vzduchotěsné.
8. Bezrámové články - flexibilní verze, používají se v aplikacích s nižším zatížením.
9. Kilowatthodina (kW) - standardní míra elektrického výkonu.
10. Účinnost (efektivita) - solárních panelů. Ukazuje, kolik sluneční energie dopadající na povrch se přemění na elektřinu. Obvykle je to 15-24 %.
11. Degradace - snížení kapacity solárních článků, ke kterému dochází z přirozených příčin. Měřeno jako procento původních hodnot.
12. Špičkové zatížení je doba, kdy je potřeba největší množství elektřiny.
13. Krystalický křemík je surovinou pro výrobu solárních panelů. Dnes nejběžnější a nejtrvalejší možnost.
14. Amorfní křemík - kompozice nanesená na povrch odpařováním a uzavřená ochranným povlakem.
15. Polovodiče - látky, které mohou za určitých podmínek vést proud. Patří sem většina nových materiálů používaných při výrobě solárních článků.
16. Měnič - zařízení, které mění stejnosměrný proud na střídavý.
17. Řídicí jednotka - reguluje výstupní napětí ze solárních modulů pro správné nabíjení baterií.

Mapa oslunění v Rusku.

Toto jsou pouze nejběžnější termíny, existují i další možnosti. Ale i znalost základů vám pomůže lépe porozumět tématu.

Kategorie kvality

Pro posouzení kvality solárního panelu je třeba nejprve zjistit jakost surovin použitých k výrobě fotovoltaických článků. To určuje účinnost a životnost hotového výrobku. Existují čtyři hlavní třídy:

1. Stupeň A - Nejlepší třída, která je bez poškození a trhlin. Homogenita výplně a hladkost povrchu zaručují vysoký výkon, který je často ještě vyšší, než se uvádí v dokumentaci. Tato varianta má navíc nejnižší míru degradace a udržuje si dobrou výkonnost po dlouhou dobu.
2. Stupeň B je o něco méně kvalitní a může mít povrchové vady. Často se však používá k výrobě výrobku srovnatelného s třídou A. Koeficient degradace je mnohem nižší, a proto rychleji ztrácí své původní vlastnosti.
3. Stupeň C - možnost, u které se mohou vyskytnout poměrně závažné vady, od prasklin po třísky a jiná poškození. Tyto moduly jsou mnohem levnější, ale jejich účinnost nikdy nepřesahuje 15 %. Levné řešení, které je vhodné pro malá zatížení.
4. Stupeň D - V podstatě se jedná o odpadní materiál, který zbyl při výrobě fotovoltaických článků a který by se neměl používat k výrobě baterií. Mnoho nepříliš poctivých výrobců, zejména z Asie, je však při výrobě používá. Výkon této možnosti je velmi nízký.

Je lepší zvolit první možnost, v nouzi postačí i druhá. Pouze ty jsou schopny zajistit normální účinnost a dlouhou životnost.

Kvalitní by měla být i ochranná fólie na solárních panelech.

Laminovací materiál EVA je speciální fólie, která je umístěna na přední straně a může být použita na straně zadní. Hlavním účelem je chránit provozní prvky před nepříznivými vlivy, aniž by docházelo k rušení slunečním světlem. Kvalitní verze vydrží přibližně 25 let, nekvalitní 5 až 10 let. Určit druh od oka je nemožné, proto je jednodušší posuzovat podle ceny - dobré varianty nebudou mít nízké ceny.

Ve videu je elektrický proud názorně vysvětlen na příkladu působení slunečního záření.

Jak to funguje

Vysvětlit, jak solární panel funguje, je obtížné, ale lze uvést několik obecných bodů:

1. Když na fotovoltaické články dopadá sluneční světlo, začnou se v nich vytvářet nerovnovážné páry elektron-díra.
2. Přebytek elektronů způsobuje jejich přesun do spodní vrstvy polovodiče.
3. Ve vnějším obvodu se vytvoří napětí. Kladný pól vzniká na kontaktu p-vrstvy a záporný pól na kontaktu n-vrstvy.
4. Pokud je k fotovoltaickým článkům připojena baterie, vytvoří se uzavřený okruh a neustále se pohybující elektrony postupně nabíjejí baterii.
5. Běžné křemíkové moduly jsou články s jedním přechodem, které mohou vyrábět energii pouze z určitého spektra slunečního světla. Z tohoto důvodu je účinnost zařízení nízká.
6. Výrobci pro řešení tohoto problému vyvinuli kaskádové verze, které mohou čerpat energii z různých paprsků slunečního spektra. Zvyšuje účinnost, ale vzhledem k vysokým výrobním nákladům je cena těchto panelů mnohem vyšší.
7. Energie, která se nepřemění na elektřinu, se přemění na teplo, takže solární panely se zahřívají na 55 stupňů a polovodičové panely se při tomto procesu zahřívají na 180 stupňů. S rostoucí teplotou klesá účinnost solárního panelu.

Nejjednodušší schéma solárního panelu.

Mimochodem! Solární panely jsou nejúčinnější za jasných zimních dnů, kdy je dostatek světla a nízké teploty ochlazují povrch.

Z čeho jsou vyrobeny solární panely

Chcete-li studovat konstrukci solárního panelu, musíte pochopit hlavní odrůdy, protože technologie výroby se výrazně liší v závislosti na použitých surovinách:

1. Baterie CdTe. Tellurid kadmia se používá při výrobě filmových modulů. K dosažení účinnosti přibližně 11 % nebo mírně vyšší stačí vrstva o tloušťce několika set mikrometrů. V přepočtu na watt je však nejméně o 30 % levnější než tradiční křemíkové alternativy. A je to mnohem tenčí a lehčí alternativa.
2. Typ CIGS. Zkratka znamená, že obsahuje měď, indium, galium a selen. Výsledný polovodič je rovněž nanesen v malé vrstvě, ale na rozdíl od první varianty je zde účinnost o řád vyšší, a to 15 %.
3. GaAs a InP jsou schopny nanášet tenkou vrstvu o tloušťce 5-6 μm a jejich účinnost se pohybuje kolem 20 %. Jedná se o nové slovo v technologiích výroby elektřiny ze slunečního světla. Díky vysokým provozním teplotám lze baterie zahřát na vysokou úroveň, aniž by došlo ke ztrátě jejich výkonu. Vzhledem k tomu, že se při výrobě používají materiály ze vzácných zemin, jsou však náklady na tento typ vysoké.
4. Baterie s kvantovými tečkami (QDSC). Jako absorpční materiál pro přeměnu solární energie používají kvantové tečky namísto tradičních objemových materiálů. Vyladěním pásmových mezer je možné vyrobit vícepásmové moduly, které účinněji absorbují sluneční energii.
5. Amorfní křemík se nanáší odpařováním a má heterogenní strukturu. Není příliš účinný, ale homogenní povrch velmi dobře pohlcuje i rozptýlené světlo.
6. Polykrystalické varianty vyrobené roztavením křemíku a jeho ochlazením za určitých podmínek za účelem získání jednosměrných krystalů. Jedno z nejběžnějších řešení díky levné výrobě a dobré účinnosti.
7. Monokrystalické buňky se skládají z monokrystalů rozřezaných na tenké destičky a legovaných fosforem. Nejdéle trvající řešení, které má nízkou míru degradace a životnost nejméně 30 let, nejčastěji však o 10-15 let delší.

Kadmium-telluridové baterie patří z hlediska nákladů na kilowatt elektřiny k nejvýhodnějším.

Mimochodem! Účinnost té či oné varianty závisí na technologii výroby, proto je nutné ji objasnit.

Přečtěte si také

Typy a způsoby instalace solárních panelů

 

Výhody a nevýhody solárních panelů

Každý typ má své vlastní vlastnosti, které stojí za zvážení při výběru nejvhodnějšího typu:

1. Monokrystalické panely mají nejvyšší účinnost a šetří tak místo na moduly. Mají životnost nejméně 25 let a pomalu ztrácejí výkon. Zároveň je povrch velmi citlivý na nečistoty a musí se často čistit. A cena je nejvyšší ze všech křemíkových variant.
2. Polykrystalické varianty neabsorbují sluneční paprsky tak účinně, ale lépe fungují v rozptýleném světle. Jsou cenově výhodnější, ale kvůli nižší účinnosti zabírají více místa.
3. Amorfní křemíkové baterie lze umístit kamkoli, včetně stěn budov, protože dobře absorbují rozptýlené světlo. Mají nízkou účinnost a nízkou cenu, takže je lze použít jako ekonomickou variantu. Zároveň mají dlouhou životnost a nebojí se tolik povrchového znečištění.
4. Varianty se vzácnými zeminami mají podobné výhody i nevýhody, takže je lze posuzovat společně. Z hlediska účinnosti jsou lepší než klasické panely a lze je aplikovat na fólii, což je výhodné. Mají větší teplotní rozsah, takže zahřívání nemá vliv na výkon. Vzhledem k vysoké ceně a vzácnosti kovů se však tyto možnosti masově nevyužívají.

Možnost montáže na stěnu usnadňuje instalaci.

Kde použít

Všechny zvažované možnosti lze instalovat v soukromém sektoru, aby se získávala elektřina ze slunce a ušetřily se náklady na energii, nebo dokonce aby se dosáhlo úplné autonomie. Pokud jde o používání, je třeba vzít v úvahu několik jednoduchých zásad:

1. Monokrystalické a polykrystalické varianty se nejlépe instalují na střechu nebo na zem, přičemž rám je předem postaven v pravém úhlu. Úhel by měl být nejlépe nastavitelný, abyste se mohli přizpůsobit slunci.
2. Fóliové moduly lze umístit kamkoli, na stěny i na zdi. střechy. Fungují dobře, i když paprsky nedosahují na povrch pod správným úhlem, což je velmi důležité.
3. Průmysl dává přednost fóliovým radiátorům, protože jsou levnější a snadněji se instalují.

Fóliové verze se snadněji instalují při velkých objemech práce.

Existuje několik druhů solárních panelů, ale asi 90 % trhu zaujímají tradiční křemíkové modely díky své nízké ceně a dobrému výkonu. Můžete si také vybrat jedno z polovodičových řešení, ale pak budete muset utratit jedenapůlkrát až dvakrát více peněz.