Hogyan működnek a napelemek

A napelem felépítése és működési elve attól függ, hogy milyen anyagokból és milyen technológiával készül. Ezért meg kell érteni a főbb lehetőségek jellemzőit, hogy megértsük, mik a különbségek, és kiválaszthassuk a megfelelő megoldást a használathoz. Minden adat a minőségi termékekre vonatkozik, az olcsó akkumulátorok nem feltétlenül felelnek meg a megadott paramétereknek, mivel gyakran szabálytalan technológiával készülnek.

A merev napelemek szabványos kialakítása.

Terminológia

Az e területen használt főbb kifejezések a következők:

1. Napenergia - a napból nyert villamos energia, amikor a napelemeket használják.
2. Napsugárzás - azt jelzi, hogy a napsugárzásra merőlegesen mennyi napfény jut egy négyzetméternyi felületre.
3. Fotovoltaikus cellák - a napfényt elektromos energiává alakítani képes modulok. Általában 1-2 watt energiát termelnek, de nagyobb teljesítményű opciók is rendelkezésre állnak.
4. Fotovoltaikus rendszer - a napfényt villamos energiává alakító berendezés.
5. A napelemek vagy panelek nagy modulba csoportosított, sorba vagy soros-párhuzamosan kapcsolt fotovoltaikus cellák csoportja. Általában egy akkumulátor 36-40 szegmenst tartalmaz.
6. Array - több napelem, amelyek a szükséges árammennyiség elérése érdekében vannak összekötve.
7. Keretes modulok - alumíniumkeretbe foglalt szerkezetek, amelyek robusztusak és légmentesek.
8. Keret nélküli elemek - rugalmas változatok, kisebb terhelésű alkalmazásokban használatosak.
9. Kilowattóra (kW) - az elektromos teljesítmény szabványos mérőszáma.
10. Hatékonyság (hatásfok) - a napelemek. Megmutatja, hogy a felszínre érkező napenergia mekkora része alakul át villamos energiává. Általában ez az arány 15-24%.
11. Degradáció - a napelemek kapacitásának természetes okok miatt bekövetkező csökkenése. Az eredeti értékek százalékában mérve.
12. A csúcsterhelések azok az időszakok, amikor a legnagyobb mennyiségű villamos energiára van szükség.
13. A napelemek alapanyaga a kristályos szilícium. Ma a legelterjedtebb és legtartósabb megoldás.
14. Amorf szilícium - a felületre párologtatással felvitt és védőbevonattal lezárt készítmény.
15. Félvezetők - olyan anyagok, amelyek bizonyos feltételek mellett képesek áramot vezetni. Ide tartozik a napelemek gyártásához használt új anyagok többsége.
16. Inverter - olyan eszköz, amely az egyenáramot váltakozó árammá alakítja.
17. Vezérlő - szabályozza a napelemmodulok kimeneti feszültségét az akkumulátorok megfelelő töltése érdekében.

Az oroszországi elszigeteltség térképe.

Ezek csak a leggyakoribb kifejezések, vannak további lehetőségek is. De már az alapok ismerete is segít a téma jobb megértésében.

Minőségi kategóriák

A napelem minőségének értékeléséhez először is meg kell állapítani, hogy milyen minőségű nyersanyagot használtak a fotovoltaikus cellák előállításához. Ez határozza meg a késztermék hatékonyságát és élettartamát. Négy fő osztály létezik:

1. A osztályzat - A legjobb minőségű, sérülés- és repedésmentes. A töltés homogenitása és a felület simasága garantálja a nagy teljesítményt, amely gyakran még a dokumentációban megadottnál is nagyobb. Ezen túlmenően ez a változat rendelkezik a legalacsonyabb degradációs rátával, és hosszú időn keresztül megőrzi jó tulajdonságait.
2. B osztályzat kissé gyengébb minőségű, és felületi hibákat tartalmazhat. Gyakran használják azonban az A osztályúhoz hasonló teljesítményű termék előállítására. A bomlási együttható sokkal alacsonyabb, ezért gyorsabban veszíti el kezdeti tulajdonságait.
3. C osztályzat - egy olyan lehetőség, amelyben elég komoly hibák lehetnek, a repedésektől a zsetonokig és egyéb sérülésekig. Ezek a modulok sokkal olcsóbbak, de a hatékonyságuk sem haladja meg a 15%-ot. Olcsó megoldás, amely kis terhelésekhez alkalmas.
4. D osztályzat - Alapvetően ez a fotovoltaikus cellák gyártásából visszamaradt hulladékanyag, amelyet nem szabadna akkumulátorok gyártására felhasználni. De sok nem túl tisztességes gyártó, különösen Ázsiában, használja ezeket a gyártás során. Ennek az opciónak a teljesítménye rendkívül gyenge.

Jobb, ha az első lehetőséget választja, de szükség esetén a második is megteszi. Csak ezek lesznek képesek normális hatékonyságot biztosítani, és hosszú ideig tartanak.

A napelemek védőfóliájának szintén kiváló minőségűnek kell lennie.

Az EVA lamináló anyag egy speciális fólia, amely az elülső oldalra kerül, és a hátoldalon is használható. A fő cél a működési elemek védelme a káros hatásoktól, a napfény zavarása nélkül. A jó minőségű változatok körülbelül 25 évig, a rossz minőségűek 5-10 évig tartanak. Lehetetlen szemmel meghatározni egy fajtát, ezért könnyebb az ár alapján megítélni - a jó minőségű változatoknak nem lesz alacsony az áruk.

A videóban az elektromos áramot szemléletesen elmagyarázzák a napfénynek való kitettség példáján.

Hogyan működik

A napelemek működését nehéz elmagyarázni, de néhány általános szempontot meg lehet fogalmazni:

1. Amikor a napfény a fotovoltaikus cellákat éri, ott nem egyensúlyi elektron-lyuk párok kezdenek kialakulni.
2. Az elektronok a felesleg miatt a félvezető alsó rétegébe vándorolnak.
3. A külső áramkörben feszültség keletkezik. A pozitív pólus a p-réteg érintkezésénél, a negatív pólus pedig az n-réteg érintkezésénél keletkezik.
4. Ha a fotovoltaikus cellákhoz egy akkumulátorcsomagot csatlakoztatunk, zárt áramkör jön létre, és a folyamatosan mozgó elektronok fokozatos töltést biztosítanak az akkumulátornak.
5. A hagyományos szilícium modulok egy átmenetet alkalmazó cellák, amelyek csak a napfény egy bizonyos spektrumából képesek energiát termelni. Emiatt a berendezés hatékonysága alacsony.
6. A probléma megoldására a gyártók kaszkádváltozatokat fejlesztettek ki; ezek a napspektrum különböző sugaraiból képesek energiát nyerni. Növeli a hatékonyságot, de a magas előállítási költségek miatt az ilyen panelek ára sokkal magasabb.
7. A villamos energiává nem alakuló energia hővé alakul át, így a napelemek 55 fokra, a félvezető panelek pedig 180 fokra melegednek fel a folyamat során. És ahogy melegszik, úgy csökken a napelem hatékonysága.

A napelem legegyszerűbb ábrája.

Egyébként! A napelemek a leghatékonyabbak a tiszta téli napokon, amikor sok a fény, és az alacsony hőmérséklet lehűti a felületet.

Miből készülnek a napelemek

A napelem építésének tanulmányozásához meg kell értenie a főbb fajtákat, mivel a gyártási technológia jelentős különbségeket mutat a felhasznált nyersanyagoktól függően:

1. CdTe akkumulátorok. A kadmium-telluridot filmmodulok gyártására használják. Egy néhány száz mikrométeres réteg elegendő ahhoz, hogy kb. 11%-os vagy annál valamivel magasabb hatásfokot érjünk el. Az egy wattra jutó wattot tekintve azonban legalább 30%-kal olcsóbb, mint a hagyományos szilícium alternatívák. És ez egy sokkal vékonyabb és könnyebb alternatíva.
2. A CIGS típus. A rövidítés azt jelenti, hogy rezet, indiumot, galliumot és szelént tartalmaz. Az így kapott félvezetőt szintén egy kis rétegben alkalmazzák, de az első változattól eltérően a hatásfok itt egy nagyságrenddel nagyobb, 15%.
3. GaAs és InP típusok 5-6 μm vékony réteg lerakására képesek, és 20% körüli hatásfokkal rendelkeznek. Ez egy új szó a napfényből történő villamosenergia-termelés technológiáiban. Magas üzemi hőmérsékletüknek köszönhetően az akkumulátorok teljesítményveszteség nélkül magas szintre melegíthetők. Mivel azonban a gyártás során ritkaföldfémeket használnak, ennek a típusnak a költségei magasak.
4. Kvantumpont akkumulátorok (QDSC). A hagyományos ömlesztett anyagok helyett kvantumpontokat használnak elnyelő anyagként a napenergia átalakításához. A sávhézagok hangolásával olyan többszörös átmenetű modulokat lehet készíteni, amelyek hatékonyabban nyelik el a napenergiát.
5. Amorf szilícium párolgás útján alkalmazzák, és heterogén szerkezetű. Nem túl hatékony, de a homogén felület nagyon jól elnyeli még a szórt fényt is.
6. Polikristályos szilícium megolvasztásával és bizonyos körülmények közötti hűtésével előállított változatok, amelyekkel egyirányú kristályokat kapunk. Az egyik legelterjedtebb megoldás az olcsóság és a jó hatékonyság miatt.
7. Monokristályos cellák vékony lemezekre vágott és foszforral ötvözött egykristályokból állnak. A legtartósabb megoldás, amely alacsony degradációs rátával és legalább 30 éves, de leggyakrabban 10-15 évvel hosszabb élettartammal rendelkezik.

A kadmium-tellurid akkumulátorok a legjövedelmezőbbek közé tartoznak a villamos energia kilowattonkénti költségét tekintve.

Egyébként! Ennek vagy annak a változatnak a hatékonysága a gyártási technológiától függ, ezért ezt tisztázni kell.

Olvassa el továbbá

A napelemek típusai és telepítési módjai

 

A napelemek előnyei és hátrányai

Mindegyik típusnak megvannak a saját jellemzői, amelyeket érdemes figyelembe venni, amikor kiválasztjuk, hogy melyik típus a legmegfelelőbb:

1. A monokristályos panelek rendelkeznek a legnagyobb hatásfokkal, és így a modulok helytakarékosabbak. Legalább 25 éves élettartamuk van, és lassan veszítik el a teljesítményüket. Ugyanakkor a felület nagyon érzékeny a szennyeződésekre, ezért gyakran kell tisztítani. Az ár pedig a legmagasabb az összes szilíciumalapú változat közül.
2. A polikristályos változatok nem nyelik el olyan hatékonyan a napsugarakat, de jobban működnek a szórt fényben. Jobb ár-érték arányt képviselnek, de az alacsonyabb hatékonyság miatt több helyet foglalnak el.
3. Az amorf szilícium akkumulátorok bárhol elhelyezhetők, akár az épületek falán is, mivel jól elnyelik a diffúz fényt. Alacsony a hatásfokuk és alacsony az áruk, így gazdaságos megoldásként használhatóak. Ugyanakkor hosszú ideig tartanak, és nem kell annyira tartaniuk a felületi szennyeződésektől.
4. A ritkaföldfém-változatoknak hasonló előnyei és hátrányai vannak, ezért együttesen is figyelembe vehetők. Hatékonyság szempontjából felülmúlják a klasszikus paneleket, és fóliára is fel lehet őket helyezni, ami kényelmes. Nagyobb hőmérséklet-tartományuk van, így a fűtés nem befolyásolja a teljesítményt. A fémek magas ára és ritkasága miatt azonban ezeket a lehetőségeket nem használják tömegesen.

A falra szerelési lehetőség leegyszerűsíti a telepítési munkálatokat.

Hol kell használni

A vizsgált lehetőségek mindegyike telepíthető a magánszektorban a napenergia hasznosítása és az energiaköltségek megtakarítása, vagy akár a teljes autonómia elérése érdekében. A használatot illetően van néhány egyszerű irányelv, amelyet figyelembe kell venni:

1. A monokristályos és polikristályos változatokat a tetőre vagy a földre érdemes telepíteni, előre megfelelő szögben kialakított kerettel. Lehetőleg állítható szögű legyen, hogy a naphoz igazodhasson.
2. A fóliamodulok bárhol elhelyezhetők, mind a falakon, mind pedig a tetők. Akkor is jól működnek, ha a sugarak nem a megfelelő szögben érik el a felületet, ami nagyon fontos.
3. Az ipar a fóliaradiátorokat részesíti előnyben, mivel olcsóbbak és könnyebben felszerelhetők.

A fóliás változatok könnyebben telepíthetők nagy mennyiségű munka esetén.

A napelemeknek több fajtája létezik, de a piac mintegy 90%-át a hagyományos szilícium modellek foglalják el alacsony áruk és jó teljesítményük miatt. Választhatja a félvezető megoldások egyikét is, de akkor másfél-kétszer több pénzt kell költenie.