Kuidas päikesepaneelid töötavad

Päikesepaneeli seade ja selle tööpõhimõte sõltub sellest, millistest materjalidest ja mis tehnoloogiaga see on valmistatud. Seetõttu on vaja mõista peamiste valikute omadusi, et mõista nende erinevusi ja valida kasutamiseks sobiv lahendus. Kõik andmed on olulised kvaliteetsete toodete jaoks, odavad akud ei pruugi vastata märgitud parameetritele, kuna need on sageli valmistatud tehnoloogia rikkumistega.

Jäiga päikesepaneeli standardkonstruktsioon.

Terminoloogia

Peamised selles valdkonnas kasutatavad terminid:

1. Päikeseenergia - elekter, mis saadakse päikeselt paneelide kasutamisel.
2. Päikese insolatsioon – näitab, kui palju päikesevalgust saab kiirtega risti oleva pinna ruutmeetri kohta.
3. Fotogalvaanilised elemendid - moodulid, mis on võimelised muutma päikesevalgust elektrienergiaks. Tavaliselt toodavad 1–2 vatti energiat, kuid on ka tootlikumaid võimalusi.
4. Fotogalvaaniline süsteem – seadmete komplekt, mis muudab päikesevalguse elektriks.
5. Päikesepatareid või -paneelid on fotogalvaaniliste elementide rühm, mis on rühmitatud suureks mooduliks ja ühendatud järjestikku või paralleelselt. Tavaliselt sisaldab üks aku 36–40 segmenti.
6. Massiiv - mitu päikesepaneeli, mis on ühendatud vajaliku vooluhulga saamiseks.
7. Raamiga moodulid - alumiiniumraamis konstruktsioonid, vastupidavad ja õhutihedad.
8. Raamita elemendid - paindlikud versioonid, neid kasutatakse väiksema koormuse tingimustes.
9. Kilovatt-tund (kW) - elektrivõimsuse standardmõõt.
10. Tõhusus (efektiivsus) - päikesepaneelid. Näitab, kui palju pinda tabanud päikeseenergiat muudetakse elektriks. Tavaliselt on näitaja 15-24%.
11. Degradeerumine – päikesepatareide võimsuse vähenemine looduslikel põhjustel. Mõõdetud protsendina algväärtustest.
12. Tippkoormused on ajad, mil on vaja kõige rohkem elektrit.
13. Kristalliline räni on päikesepaneelide valmistamise tooraine. Tänapäeval kõige levinum ja vastupidavam variant.
14. Amorfne räni - koostis, mis kantakse pinnale aurustamise teel ja kaetakse kaitsva kompositsiooniga.
15. Pooljuhid - ained, mis võivad teatud tingimustel voolu juhtida. See hõlmab enamikku päikesepatareide valmistamisel kasutatavatest uutest materjalidest.
16. Inverter - seade alalisvoolu vahelduvvooluks muundamiseks.
17. Kontroller – reguleerib päikesemoodulite väljundpinget, et akusid korralikult laadida.

Insolatsiooni kaart Venemaa territooriumil.

Need on ainult kõige levinumad terminid, on ka lisavõimalusi. Kuid isegi põhitõdede tundmine aitab teil teemat palju paremini mõista.

Kvaliteedikategooriad

Päikesepaneeli kvaliteedi hindamiseks peame esmalt välja selgitama fotogalvaaniliste elementide tootmiseks kasutatud tooraine kvaliteediklassi. See määrab valmistoodete tõhususe ja kasutusea. Seal on neli põhiklassi:

1. Hinne A - Parim hinne, mis on kahjustuste ja pragudeta. Täidise homogeensus ja pinna siledus tagavad kõrge jõudluse, mis on sageli isegi suurem kui dokumentatsioonis. Lisaks on sellel variandil madalaim lagunemiskiirus ja see säilitab head jõudlust pikka aega.
2. Hinne B on veidi halvema kvaliteediga ja sellel võib olla pinnavigu. Siiski kasutatakse seda sageli A-klassiga võrreldavate toodete tootmiseks.Lagunemisindeks on palju halvem, nii et see kaotab oma esialgsed omadused kiiremini.
3. C klass - valik, millel võib olla üsna tõsiseid defekte - pragudest laastudeni ja muude kahjustusteni. Hinna poolest on sellised moodulid palju odavamad, kuid nende efektiivsus ei ületa 15%. Odav lahendus, mis sobib väikestele koormustele.
4. Hinne D - Sisuliselt on tegemist fotogalvaaniliste elementide valmistamise järgsete jäätmetega, mida ei tohiks akude valmistamiseks kasutada. Kuid paljud mitte väga ausad tootjad, eriti Aasiast, kasutavad neid tootmises. Selle valiku jõudlus on äärmiselt halb.

Parem on valida esimene variant, äärmisel juhul sobib ka teine. Ainult need suudavad pakkuda normaalset efektiivsust ja teenivad pikka aega.

Ka päikesepaneelide kaitsekile peaks olema kvaliteetne.

EVA lamineerimismaterjal on spetsiaalne kile, mis asub esiküljel ja mida saab kasutada ka tagaküljel. Peamine eesmärk on kaitsta tööelemente kahjulike mõjude eest ilma päikesevalgust segamata. Kvaliteetsed variandid teenivad umbes 25 aastat, madala kvaliteediga - 5 kuni 10 aastat. Sordi silma järgi määrata on võimatu, seega on lihtsam lähtuda hinnast – hea kvaliteediga valikud ei jää madalaks.

Videol on näha, kuidas päikesevalguse näitel elektrivool tekib.

Tööpõhimõte

Päikesepaneeli omadusi on üsna raske selgitada, kuid üldisi punkte on võimalik mõista:

1. Kui päikesevalgus tabab fotoelemente, hakkavad seal moodustuma mittetasakaalulised elektron-augu paarid.
2. Elektronide liigsuse tõttu hakkavad nad liikuma pooljuhi alumisse kihti.
3. Välisahelas tekib pinge. Positiivne poolus ilmub p-kihi kontaktile ja negatiivne poolus n-kihi kontaktile.
4. Kui fotogalvaaniliste elementide külge on ühendatud aku, tekib suletud ring ja pidevalt liikuvad elektronid laevad akut järk-järgult.
5. Tavalised ränimoodulid on ühe siirdeelemendid, mis suudavad toota energiat ainult teatud päikesevalguse spektrist. Selle tõttu on seadmete efektiivsus madal.
6. Probleemi lahendamiseks on tootjad välja töötanud kaskaadversioonid; nad võivad võtta energiat erinevatest päikesespektri kiirtest. See suurendab efektiivsust, kuid kõrgete tootmiskulude tõttu on selliste paneelide hind palju kõrgem.
7. Energia, mis ei muutu elektriks, muundatakse soojuseks, mistõttu päikesepaneelid soojenevad selle käigus kuni 55 kraadini, pooljuhtpaneelid aga kuni 180 kraadini. Ja kuumemaks muutudes päikesepaneeli efektiivsus väheneb.

Päikesepaneeli lihtsaim skeem.

Muideks! Päikesepaneelid on kõige tõhusamad selgetel talvepäevadel, mil on piisavalt valgust ja madal temperatuur jahutab pinda.

Millest need tehtud on

Päikesepaneeli struktuuri uurimiseks on vaja mõista peamisi sorte, kuna tootmistehnoloogial on olenevalt kasutatud toorainest olulisi erinevusi:

1. CdTe patareid. Kaadmiumtelluriidi kasutatakse kilemoodulite valmistamisel. Paarisaja mikromeetri suurusest kihist piisab umbes 11% või veidi kõrgema kasuteguri saamiseks. See on ausalt öeldes madal, kuid ümberarvutamisel 1 vati energiakulu on vähemalt 30% odavam kui traditsioonilised ränivalikud. Pealegi on see sort palju õhem ja kergem.
2. Tüüp CIGS. Lühend tähendab, et koostis sisaldab vaske, indiumi, galliumi ja seleeni. Saame pooljuhi, mida kantakse ka väikese kihina, kuid erinevalt esimesest variandist on efektiivsus siin suurusjärgu võrra suurem ja ulatub 15%-ni.
3. GaAs ja InP tüübid tüüpe iseloomustab võimalus kanda õhukest 5-6 mikronit kihti ja efektiivsus on umbes 20%. See on uus sõna päikesevalgusest elektrienergia tootmise tehnoloogias. Kõrge töötemperatuuri tõttu võivad akud muutuda väga kuumaks ilma jõudlust kaotamata. Kuid kuna tootmises kasutatakse haruldaste muldmetallide materjale, on seda tüüpi hind kõrge.
4. Kvantpunktpatareid (QDSC). Nad kasutavad traditsiooniliste puistematerjalide asemel päikeseenergia muundamiseks neelava materjalina kvantpunkte. Tänu ribalaiuse häälestamise omadustele on võimalik teha päikeseenergiat tõhusamalt neelavaid multitransitsioonimooduleid.
5. Amorfne räni kasutatakse aurustamise teel ja sellel on heterogeenne struktuur. See ei ole väga tõhus, kuid homogeenne pind neelab väga hästi isegi hajutatud valgust.
6. Polükristalliline variandid valmistatakse räni sulatamisel ja jahutamisel teatud tingimustel, et tekiks ühesuunalised kristallid. Üks levinumaid lahendusi tootmise odavuse ja hea efektiivsuse tõttu.
7. Monokristalliline Rakud koosnevad üksikutest kristallidest, mis on lõigatud õhukesteks plaatideks ja legeeritud fosforiga. Kõige kauem kestvam lahendus, mille lagunemiskiirus on madal ja kasutusiga vähemalt 30 aastat, kuid enamasti 10-15 aastat pikem.

Kaadmiumtelluriidpatareid on ühed kõige kasumlikumad elektrienergia kilovati maksumuse poolest.

Muideks! Selle või selle variandi efektiivsus sõltub tootmistehnoloogiast, seega tuleks seda täpsustada.

Loe ka

Päikesepaneelide tüübid ja paigaldusviisid

 

Päikesepaneelide plussid ja miinused

Igal tüübil on oma omadused, mida tuleks valimisel arvesse võtta, et otsustada, milline tüüp on kõige sobivam:

1. Monokristallilised paneelid on kõrgeima efektiivsusega ja säästavad ruumi moodulite paigutamiseks. Need kestavad vähemalt 25 aastat ja kaotavad aeglaselt võimu.Samas on pind väga tundlik mustuse suhtes, seda tuleks sageli puhastada. Ja hind on kõigist ränipõhistest valikutest kõrgeim.
2. Polükristallilised variandid ei neela päikesekiiri nii tõhusalt, kuid töötavad paremini hajutatud valguses. Hinna ja kvaliteedi suhte osas on need kasumlikumad, kuid väiksema efektiivsuse tõttu võtavad nad rohkem ruumi.
3. Amorfseid ränipatareisid saab paigutada kõikjale, ka hoonete seintele, sest need neelavad hästi hajutatud valgust. Madala efektiivsusega on neil madal hind, nii et neid saab kasutada ökonoomse valikuna. Samal ajal kestavad nad kaua ega karda pinna saastumist.
4. Haruldastel muldmetallidel on sarnased eelised ja puudused, nii et saame neid koos kaaluda. Need on tõhususe poolest paremad kui klassikalised paneelid ja neid saab kanda kilele, mis on mugav. Nende temperatuurivahemik on suurem, nii et kuumutamine ei mõjuta jõudlust. Kuid kõrge hinna ja metallide harulduse tõttu selliseid võimalusi massiliselt ei kasutata.

Seintele paigutamise võimalus lihtsustab paigaldustööd.

Kus kasutada

Kõiki vaadeldavaid võimalusi saab paigaldada erasektorisse, et saada päikesest elektrit ja säästa energiaressursse või isegi saavutada täielik autonoomia. Kasutamise osas tuleb arvestada mõne lihtsa juhisega:

1. Monokristallilised ja polükristallilised variandid on kõige parem paigutada katusele või maapinnale, olles eelnevalt konstrueerinud õige nurga all oleva raami. Soovitav on, et kaldenurk oleks reguleeritav, et saaksite kohaneda päikesega.
2. Kilemooduleid saab paigutada kõikjale, nii seintele kui ka peale katused. Need töötavad hästi ka siis, kui kiired ei taba pinda õige nurga all, mis on väga oluline.
3. Tööstuslikus mastaabis eelistatakse ka kilepatareisid, kuna need on odavamad ja lihtsamini paigaldatavad.

Suuremahuliste tööde jaoks on kilevalikuid lihtsam paigaldada.

Päikesepaneele on mitut sorti, kuid umbes 90% turust on oma madala hinna ja hea jõudluse tõttu hõivatud traditsiooniliste ränimudelite poolt. Võite valida ka ühe pooljuhtlahenduse, kuid siis peate kulutama poolteist kuni kaks korda rohkem raha.