Come funzionano i pannelli solari

La struttura del pannello solare e il principio del suo funzionamento dipendono dai materiali e dalla tecnologia con cui è fatto. Pertanto, è necessario comprendere le caratteristiche delle principali opzioni per capire quali sono le loro differenze e scegliere la soluzione appropriata per l'uso. Tutti i dati sono rilevanti per i prodotti di qualità, le batterie economiche possono non soddisfare i parametri indicati, poiché sono spesso prodotte con irregolarità nella tecnologia.

Design standard di un pannello solare rigido.

Terminologia

I principali termini usati in questo campo sono:

1. Energia solare - elettricità che si ottiene dal sole quando si usano i pannelli.
2. Insolazione solare - indica quanta luce solare viene ricevuta per metro quadrato di superficie perpendicolare ai raggi.
3. Celle fotovoltaiche - moduli in grado di convertire la luce del sole in energia elettrica. Di solito producono da 1 a 2 watt di energia, ma sono disponibili opzioni con prestazioni più elevate.
4. Impianto fotovoltaico - un insieme di attrezzature che converte la luce del sole in elettricità.
5. Le celle solari o pannelli sono un gruppo di celle fotovoltaiche raggruppate in un grande modulo e collegate in serie o serie-parallelo. In genere, una singola batteria contiene da 36 a 40 segmenti.
6. Array - diversi pannelli solari collegati per ottenere la quantità di corrente richiesta.
7. Moduli incorniciati - strutture in un telaio di alluminio che sono robuste ed ermetiche.
8. Elementi senza telaio - versioni flessibili, sono utilizzati in applicazioni con carichi inferiori.
9. Kilowattora (kW) - una misura standard della potenza elettrica.
10. Efficienza (efficienza) - dei pannelli solari. Indica quanta energia solare che colpisce la superficie viene convertita in elettricità. Normalmente la cifra è del 15-24%.
11. Degradazione - riduzione della capacità delle celle solari che si verifica per cause naturali. Misurato come percentuale dei valori originali.
12. I carichi di punta sono i momenti in cui è richiesta la maggior quantità di elettricità.
13. Il silicio cristallino è la materia prima dei pannelli solari. L'opzione più comune e duratura oggi.
14. Silicio amorfo - composizione applicata alla superficie per evaporazione e sigillata con un rivestimento protettivo.
15. Semiconduttori - sostanze che possono condurre una corrente in determinate condizioni. Questo include la maggior parte dei nuovi materiali utilizzati nella fabbricazione delle celle solari.
16. Inverter - un dispositivo che converte la corrente continua in corrente alternata.
17. Controller - regola la tensione in uscita dai moduli solari per caricare correttamente le batterie.

Mappa dell'insolazione in Russia.

Questi sono solo i termini più comuni, ci sono altre opzioni. Ma anche conoscere le basi vi aiuterà a capire molto meglio l'argomento.

Categorie di qualità

Per valutare la qualità di un pannello solare, la prima cosa da fare è scoprire il grado della materia prima utilizzata per produrre le celle fotovoltaiche. Questo determina l'efficienza e la durata del prodotto finito. Ci sono quattro classi principali:

1. Grado A - La migliore qualità, che è priva di danni e crepe. L'omogeneità del riempimento e la levigatezza della superficie garantiscono alte prestazioni, che spesso sono addirittura superiori a quelle dichiarate nella documentazione. Inoltre, questa variante ha il più basso tasso di degradazione e mantiene buone caratteristiche per un lungo periodo di tempo.
2. Grado B è di qualità leggermente inferiore e può avere imperfezioni superficiali. Tuttavia, è spesso utilizzato per produrre un prodotto paragonabile come prestazioni al grado A. Il coefficiente di degradazione è molto più basso e, quindi, perde più velocemente le sue caratteristiche iniziali.
3. Grado C - un'opzione in cui ci possono essere difetti abbastanza gravi, da crepe a scheggiature e altri danni. Questi moduli sono molto più economici nel prezzo, ma anche la loro efficienza non è mai superiore al 15%. Una soluzione poco costosa e adatta a piccoli carichi.
4. Grado D - Fondamentalmente si tratta di materiale di scarto lasciato dalla produzione di celle fotovoltaiche che non dovrebbe essere usato per fare le batterie. Ma molti produttori poco onesti, soprattutto in Asia, li usano nella produzione. Il rendimento di questa opzione è estremamente scarso.

È meglio scegliere la prima opzione, in un pizzico la seconda andrà bene. Solo loro saranno in grado di fornire un'efficienza normale e dureranno a lungo.

Anche la pellicola protettiva sui pannelli solari dovrebbe essere di alta qualità.

Il materiale di laminazione EVA è una pellicola speciale che viene messa sul lato anteriore e può essere usata sul lato posteriore. Lo scopo principale è quello di proteggere gli elementi operativi da influenze avverse senza interferire con la luce del sole. Le versioni di alta qualità durano circa 25 anni, quelle di bassa qualità da 5 a 10 anni. È impossibile definire un tipo a occhio, ecco perché è più facile giudicare dal prezzo - le varianti di alta qualità non avranno prezzi bassi.

Nel video la corrente elettrica è spiegata graficamente sull'esempio dell'esposizione alla luce del sole.

Come funziona

Spiegare come funziona un pannello solare è difficile, ma si possono fare alcuni punti generali:

1. Quando la luce del sole colpisce le celle fotovoltaiche, iniziano a formarsi coppie di elettroni-hole senza equilibrio.
2. L'eccesso di elettroni li fa spostare nello strato inferiore del semiconduttore.
3. Si crea una tensione nel circuito esterno. Il polo positivo sorge al contatto del p-layer e il polo negativo appare al contatto dell'n-layer.
4. Se una batteria è collegata alle cellule fotovoltaiche, si crea un circuito chiuso e gli elettroni in costante movimento forniscono una carica graduale alla batteria.
5. I moduli convenzionali in silicio sono celle a transizione singola che possono generare energia solo da uno specifico spettro di luce solare. È per questo che l'efficienza dell'attrezzatura è bassa.
6. Per risolvere il problema, i produttori hanno sviluppato versioni a cascata; possono trarre energia da diversi raggi dello spettro solare. Aumenta l'efficienza, ma a causa dell'alto costo di produzione il prezzo di tali pannelli è molto più alto.
7. L'energia che non viene convertita in elettricità viene convertita in calore, quindi i pannelli solari si riscaldano fino a 55 gradi, e i pannelli a semiconduttore si riscaldano fino a 180 gradi nel processo. E man mano che fa più caldo, l'efficienza del pannello solare diminuisce.

Lo schema più semplice di un pannello solare.

A proposito! I pannelli solari sono più efficaci nelle chiare giornate invernali, quando c'è molta luce e le basse temperature raffreddano la superficie.

Di cosa sono fatti i pannelli solari

Per studiare la costruzione di un pannello solare, è necessario capire le principali varietà, poiché la tecnologia di produzione ha differenze significative a seconda delle materie prime utilizzate:

1. Batterie CdTe. Il tellururo di cadmio è utilizzato nella fabbricazione di moduli di film. Uno strato di poche centinaia di micrometri è sufficiente per ottenere un'efficienza di circa l'11% o leggermente superiore. Ma in termini di watt per watt, è almeno il 30% più economico delle alternative tradizionali in silicio. Ed è un'alternativa molto più sottile e leggera.
2. Il tipo CIGS. L'abbreviazione significa che contiene rame, indio, gallio e selenio. Il semiconduttore risultante è anche applicato in un piccolo strato, ma a differenza della prima variante, l'efficienza qui è un ordine di grandezza superiore, al 15%.
3. GaAs e InP sono capaci di depositare uno strato sottile di 5-6 μm e hanno un'efficienza di circa il 20%. Questa è una nuova parola nelle tecnologie per generare elettricità dalla luce del sole. Grazie alle loro alte temperature di funzionamento, le batterie possono essere riscaldate fino a un livello elevato senza alcuna perdita di prestazioni. Ma a causa del fatto che vengono utilizzati materiali di terre rare nella produzione, il costo di questo tipo è alto.
4. Batterie di punti quantici (QDSC). Usano i punti quantici invece dei materiali tradizionali alla rinfusa come materiale assorbente per la conversione dell'energia solare. Regolando le lacune di banda, è possibile fare moduli multi-giunzione che assorbono l'energia solare in modo più efficiente.
5. Silicio amorfo è applicato per evaporazione e ha una struttura eterogenea. Non è molto efficiente, ma la superficie omogenea è molto buona per assorbire anche la luce diffusa.
6. Policristallino varianti realizzate fondendo il silicio e raffreddandolo in determinate condizioni per ottenere cristalli unidirezionali. Una delle soluzioni più comuni grazie all'economicità della produzione e alla buona efficienza.
7. Monocristallino Le celle consistono in cristalli singoli tagliati in piastre sottili e legati con fosforo. La soluzione più duratura, che ha bassi tassi di degradazione e una durata di vita di almeno 30 anni, ma più spesso più lunga di 10-15 anni.

Le batterie al tellururo di cadmio sono tra le più redditizie in termini di costo per kilowatt di elettricità.

A proposito! L'efficienza di questa o quella variante dipende dalla tecnologia di produzione, quindi è necessario chiarirlo.

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Tipi e metodi di installazione dei pannelli solari

 

Pro e contro dei pannelli solari

Ogni tipo ha le sue caratteristiche che vale la pena considerare quando si sceglie il tipo più adatto:

1. I pannelli monocristallini hanno la più alta efficienza e quindi risparmiano lo spazio dei moduli. Hanno una durata di vita di almeno 25 anni e sono lenti a perdere potenza. Allo stesso tempo, la superficie è molto sensibile allo sporco e deve essere pulita frequentemente. E il prezzo è il più alto di tutte le varianti basate sul silicio.
2. Le varianti policristalline non assorbono i raggi del sole in modo altrettanto efficace, ma funzionano meglio nella luce diffusa. Hanno un miglior rapporto qualità-prezzo ma occupano più spazio a causa della minore efficienza.
3. Le batterie al silicio amorfo possono essere collocate ovunque, anche sulle pareti degli edifici, perché assorbono bene la luce diffusa. Hanno una bassa efficienza e un basso prezzo, quindi possono essere usati come opzione economica. Allo stesso tempo, durano a lungo e non temono la contaminazione della superficie.
4. Le varianti delle terre rare hanno vantaggi e svantaggi simili, quindi possono essere considerate insieme. Sono superiori ai pannelli classici in termini di efficienza e possono essere applicati su pellicola, il che è conveniente. Hanno una maggiore gamma di temperature, quindi il riscaldamento non influisce sulle prestazioni. Ma a causa del prezzo elevato e della rarità dei metalli, queste opzioni non sono utilizzate in massa.

L'opzione di montaggio a parete semplifica il lavoro di installazione.

Dove usare

Tutte le opzioni considerate possono essere installate nel settore privato per ottenere elettricità dal sole e risparmiare sui costi energetici, o anche per raggiungere la piena autonomia. Quando si tratta dell'uso, ci sono alcune semplici linee guida da considerare:

1. Le varianti monocristalline e policristalline sono meglio installate sul tetto o sul terreno, con un telaio costruito in anticipo all'angolo giusto. Preferibilmente, l'angolo dovrebbe essere regolabile, in modo da potersi adattare al sole.
2. I moduli di film possono essere collocati ovunque, sia sui muri che su tetti. Funzionano bene anche se i raggi non raggiungono la superficie con l'angolo giusto, il che è molto importante.
3. L'industria preferisce i radiatori a foglio perché sono più economici e più facili da installare.

Le versioni in pellicola sono più facili da installare per grandi volumi di lavoro.

Ci sono diverse varietà di pannelli solari, ma circa il 90% del mercato è occupato dai modelli tradizionali in silicio grazie al loro basso prezzo e alle buone prestazioni. Potete anche scegliere una delle soluzioni a semiconduttore, ma allora dovrete spendere da una volta e mezza a due volte di più.