Miten aurinkopaneelit toimivat

Aurinkopaneelin rakenne ja toimintaperiaate riippuvat materiaaleista ja tekniikasta, joista se on valmistettu. Siksi on tarpeen ymmärtää tärkeimpien vaihtoehtojen ominaisuudet, jotta voidaan ymmärtää niiden erot ja valita sopiva ratkaisu käyttöön. Kaikki tiedot koskevat laatutuotteita, halvat akut eivät välttämättä täytä ilmoitettuja parametreja, koska niiden valmistuksessa on usein teknisiä epäsäännöllisyyksiä.

Jäykän aurinkopaneelin vakiomalli.

Terminologia

Tärkeimmät tällä alalla käytetyt termit ovat:

1. Aurinkoenergia - sähkö, joka saadaan auringosta, kun käytetään paneeleita.
2. Aurinkosäteily - kertoo, kuinka paljon auringonvaloa vastaanotetaan neliömetriä kohti säteitä vastaan kohtisuorassa olevaa pintaa kohti.
3. Aurinkokennot - moduulit, jotka pystyvät muuntamaan auringonvalon sähköenergiaksi. Ne tuottavat yleensä 1-2 wattia energiaa, mutta saatavilla on myös tehokkaampia vaihtoehtoja.
4. Aurinkosähköjärjestelmä - laitteisto, joka muuntaa auringonvalon sähköksi.
5. Aurinkokennot tai paneelit ovat ryhmä aurinkokennoja, jotka on ryhmitelty suureksi moduuliksi ja kytketty sarjaan tai sarjaan ja rinnakkain. Tyypillisesti yksi akku sisältää 36-40 segmenttiä.
6. Array - useita aurinkopaneeleita, jotka on kytketty yhteen tarvittavan virran saamiseksi.
7. Kehystetyt moduulit - alumiinirunkoiset rakenteet, jotka ovat kestäviä ja ilmatiiviitä.
8. Kehyksettömät kennot - joustavat versiot, joita käytetään sovelluksissa, joissa kuormitus on pienempi.
9. Kilowattitunti (kW) - sähkötehon standardimittaus.
10. Hyötysuhde (efficiency) - aurinkopaneelien hyötysuhde. Ilmaisee, kuinka paljon pinnalle osuvaa aurinkoenergiaa muunnetaan sähköksi. Tavallisesti luku on 15-24 prosenttia.
11. Degradoituminen - aurinkokennon kapasiteetin väheneminen, joka johtuu luonnollisista syistä. Mitataan prosentteina alkuperäisistä arvoista.
12. Huippukuormitus on aika, jolloin sähköä tarvitaan eniten.
13. Kiteinen pii on aurinkopaneelien raaka-aine. Nykyisin yleisin ja pitkäikäisin vaihtoehto.
14. Amorfinen pii - koostumus, joka levitetään pinnalle haihduttamalla ja suljetaan suojapinnoitteella.
15. Puolijohteet - aineet, jotka voivat johtaa virtaa tietyissä olosuhteissa. Tähän kuuluu suurin osa aurinkokennojen valmistuksessa käytettävistä uusista materiaaleista.
16. Invertteri - laite, joka muuntaa tasavirran vaihtovirraksi.
17. Ohjain - säätelee aurinkopaneelien lähtöjännitettä akkujen lataamiseksi asianmukaisesti.

Venäjän auringonpaisteen kartta.

Nämä ovat vain yleisimpiä termejä, on olemassa muitakin vaihtoehtoja. Mutta jo perusasioiden tunteminen auttaa sinua ymmärtämään aihetta paljon paremmin.

Laatuluokat

Aurinkopaneelin laadun arvioimiseksi on ensin selvitettävä aurinkokennojen valmistuksessa käytetyn raaka-aineen laatu. Tämä määrittää lopputuotteen tehokkuuden ja käyttöiän. Pääluokkia on neljä:

1. Luokka A - Paras laatu, jossa ei ole vaurioita eikä halkeamia. Täytteen homogeenisuus ja pinnan sileys takaavat korkean suorituskyvyn, joka on usein jopa suurempi kuin asiakirjoissa on ilmoitettu. Lisäksi tämän vaihtoehdon hajoamisaste on alhaisin, ja se säilyttää hyvän suorituskyvyn pitkän ajanjakson ajan.
2. Arvosana B on hieman heikompilaatuinen, ja siinä voi olla pintapuutteita. Sitä käytetään kuitenkin usein tuottamaan tuotetta, jonka suorituskyky on verrattavissa A-luokkaan. Hajoamiskerroin on paljon pienempi, ja siksi se menettää alkuperäiset ominaisuutensa nopeammin.
3. Arvosana C - vaihtoehto, jossa voi olla melko vakavia vikoja, halkeamista siruihin ja muihin vaurioihin. Nämä moduulit ovat paljon halvempia, mutta myös niiden hyötysuhde ei ole koskaan yli 15 prosenttia. Edullinen ratkaisu, joka sopii pienille kuormille.
4. Arvosana D - Pohjimmiltaan kyseessä on aurinkokennojen valmistuksesta ylijäänyt jätemateriaali, jota ei pitäisi käyttää akkujen valmistukseen. Mutta monet epärehelliset valmistajat, erityisesti aasialaiset, käyttävät niitä tuotannossaan. Tämän vaihtoehdon suorituskyky on erittäin heikko.

On parempi valita ensimmäinen vaihtoehto, mutta hätätilanteessa toinenkin käy. Vain ne pystyvät tarjoamaan normaalin tehokkuuden ja kestävät pitkään.

Aurinkopaneelien suojakalvojen on myös oltava korkealaatuisia.

EVA-laminointimateriaali on erikoiskalvo, joka asetetaan etupuolelle ja jota voidaan käyttää kääntöpuolella. Päätarkoituksena on suojata käyttöelementtejä haitallisilta vaikutuksilta häiritsemättä auringonvaloa. Laadukkaat vaihtoehdot kestävät noin 25 vuotta, huonolaatuiset 5-10 vuotta. Lajia on mahdotonta määritellä silmämääräisesti, ja siksi on helpompi arvioida hinnan perusteella - hyvillä vaihtoehdoilla ei ole alhaisia hintoja.

Videolla sähkövirta selitetään havainnollisesti auringonvalolle altistumisen esimerkin avulla.

Miten se toimii

Aurinkopaneelin toiminnan selittäminen on vaikeaa, mutta joitakin yleisiä seikkoja voidaan esittää:

1. Kun auringonvalo osuu aurinkokennoihin, niihin alkaa muodostua epätasapainossa olevia elektroni-aukkopareja.
2. Elektronien ylimäärä saa ne siirtymään puolijohteen alempaan kerrokseen.
3. Ulkoisessa piirissä syntyy jännite. Positiivinen napa syntyy p-kerroksen kosketuksessa ja negatiivinen napa n-kerroksen kosketuksessa.
4. Jos aurinkokennoihin liitetään akku, syntyy suljettu piiri, ja jatkuvasti liikkuvat elektronit lataavat akkua asteittain.
5. Perinteiset piimoduulit ovat yhden siirtymän kennoja, jotka voivat tuottaa energiaa vain tietystä auringonvalon spektristä. Tästä syystä laitteiden tehokkuus on alhainen.
6. Ongelman ratkaisemiseksi valmistajat ovat kehittäneet kaskadiversioita, jotka voivat ottaa energiaa auringon spektrin eri säteistä. Se lisää tehokkuutta, mutta korkeiden tuotantokustannusten vuoksi tällaisten paneelien hinta on paljon korkeampi.
7. Energia, jota ei muuteta sähköksi, muutetaan lämmöksi, joten aurinkopaneelit lämpenevät 55 asteeseen ja puolijohdepaneelit jopa 180 asteeseen. Kun aurinko kuumenee, aurinkopaneelin hyötysuhde heikkenee.

Yksinkertaisin kaavio aurinkopaneelista.

Muuten! Aurinkopaneelit ovat tehokkaimpia kirkkaina talvipäivinä, jolloin valoa on runsaasti ja alhaiset lämpötilat jäähdyttävät pintaa.

Mistä aurinkopaneelit on valmistettu

Aurinkopaneelin rakentamisen tutkimiseksi sinun on ymmärrettävä tärkeimmät lajikkeet, sillä tuotantotekniikassa on merkittäviä eroja käytettyjen raaka-aineiden mukaan:

1. CdTe-akut. Kadmiumtelluridia käytetään kalvomoduulien valmistuksessa. Muutaman sadan mikrometrin kerros riittää noin 11 prosentin tai hieman korkeamman hyötysuhteen saavuttamiseen. Mutta wattia kohti laskettuna se on vähintään 30 prosenttia halvempi kuin perinteiset piivaihtoehdot. Ja se on paljon ohuempi ja kevyempi vaihtoehto.
2. CIGS-tyyppi. Lyhenne tarkoittaa, että se sisältää kuparia, indiumia, galliumia ja seleeniä. Tuloksena syntyvä puolijohde levitetään myös pieneen kerrokseen, mutta toisin kuin ensimmäisessä vaihtoehdossa, hyötysuhde on tässä tapauksessa kertaluokkaa korkeampi, 15 prosenttia.
3. GaAs ja InP tyypit pystyvät laskeuttamaan 5-6 μm:n ohuen kerroksen, ja niiden hyötysuhde on noin 20 %. Tämä on uusi sana teknologioissa, joilla tuotetaan sähköä auringonvalosta. Korkean käyttölämpötilansa ansiosta akut voidaan lämmittää korkeiksi ilman, että niiden suorituskyky heikkenee. Mutta koska tuotannossa käytetään harvinaisia maametalleja, tämän tyypin kustannukset ovat korkeat.
4. Kvanttipisteakut (QDSC). Niissä käytetään kvanttitähteitä perinteisten bulkkimateriaalien sijasta absorboivana materiaalina aurinkoenergian muuntamisessa. Kaistaleveyden virittämiseen liittyvien ominaisuuksien ansiosta on mahdollista valmistaa monitransitiomoduuleja, jotka absorboivat aurinkoenergiaa tehokkaammin.
5. Amorfinen pii levitetään haihtumalla ja sillä on heterogeeninen rakenne. Se ei ole kovin tehokas, mutta homogeeninen pinta absorboi hyvin jopa hajavaloa.
6. Polykiteinen muunnoksia, jotka valmistetaan sulattamalla piitä ja jäähdyttämällä sitä tietyissä olosuhteissa yksisuuntaisten kiteiden aikaansaamiseksi. Yksi yleisimmistä ratkaisuista tuotannon edullisuuden ja hyvän tehokkuuden vuoksi.
7. Yksikiteinen kennot koostuvat ohuiksi levyiksi leikatuista ja fosforilla seostetuista yksikiteistä. Pisimpään kestävä ratkaisu, jonka hajoamisaste on alhainen ja käyttöikä vähintään 30 vuotta, mutta useimmiten 10-15 vuotta pidempi.

Kadmiumtelluridiakut ovat sähkökilowattia kohden laskettujen kustannusten perusteella kaikkein kannattavimpia.

Muuten! Tämän tai tuon vaihtoehdon tehokkuus riippuu tuotantoteknologiasta, joten se on selvitettävä.

Lue myös

Aurinkopaneelien tyypit ja asennusmenetelmät

 

Aurinkopaneelien hyvät ja huonot puolet

Kullakin tyypillä on omat ominaisuutensa, jotka kannattaa ottaa huomioon, kun valitaan sopivinta tyyppiä:

1. Yksikiteisillä paneeleilla on korkein hyötysuhde, joten ne säästävät moduulitilaa. Niiden käyttöikä on vähintään 25 vuotta, ja ne menettävät hitaasti tehoaan. Samalla pinta on erittäin herkkä lialle, ja se on puhdistettava usein. Ja hinta on korkein kaikista piipohjaisista vaihtoehdoista.
2. Monikiteiset vaihtoehdot eivät absorboi auringonsäteitä yhtä tehokkaasti, mutta toimivat paremmin hajavalossa. Ne ovat edullisempia, mutta vievät enemmän tilaa alhaisemman hyötysuhteen vuoksi.
3. Amorfiset piiparistot voidaan sijoittaa minne tahansa, myös rakennusten seiniin, koska ne imevät hyvin hajavaloa. Niiden hyötysuhde on alhainen ja hinta alhainen, joten niitä voidaan käyttää edullisena vaihtoehtona. Samalla ne kestävät pitkään, eikä pinnan likaantumista tarvitse pelätä yhtä paljon.
4. Harvinaisten maametallien vaihtoehdoilla on samanlaisia etuja ja haittoja, joten niitä voidaan tarkastella yhdessä. Ne ovat tehokkuudeltaan parempia kuin klassiset paneelit, ja ne voidaan levittää kalvoon, mikä on kätevää. Niiden lämpötila-alue on laajempi, joten lämmitys ei vaikuta suorituskykyyn. Mutta metallien korkean hinnan ja harvinaisuuden vuoksi näitä vaihtoehtoja ei käytetä massoittain.

Seinäkiinnitysmahdollisuus helpottaa asennustyötä.

Missä käyttää

Kaikki tarkastellut vaihtoehdot voidaan asentaa yksityiselle sektorille, jotta sähköä saadaan auringosta ja säästetään energiakustannuksissa tai jopa saavutetaan täysi itsenäisyys. Käytön osalta on syytä ottaa huomioon joitakin yksinkertaisia ohjeita:

1. Yksi- ja monikiteiset muunnokset asennetaan parhaiten katolle tai maahan, ja kehys rakennetaan oikeaan kulmaan etukäteen. Kulman on mieluiten oltava säädettävissä, jotta voit mukautua auringon mukaan.
2. Kalvomoduulit voidaan sijoittaa minne tahansa, sekä seinille että päälle. katot. Ne toimivat hyvin, vaikka säteet eivät saavuttaisikaan pintaa oikeassa kulmassa, mikä on erittäin tärkeää.
3. Teollisuus suosii kalvopattereita, koska ne ovat halvempia ja helpompia asentaa.

Kalvoversiot on helpompi asentaa suuria työmääriä varten.

Aurinkopaneeleita on useita eri lajikkeita, mutta noin 90 prosenttia markkinoista on perinteisten piimallien hallussa niiden alhaisen hinnan ja hyvän suorituskyvyn vuoksi. Voit myös valita jonkin puolijohderatkaisun, mutta silloin joudut käyttämään puolitoista-kaksi kertaa enemmän rahaa.