Kā darbojas saules paneļi

Saules paneļa struktūra un darbības princips ir atkarīgs no materiāliem un tehnoloģijas, no kuras tas ir izgatavots. Tāpēc ir nepieciešams izprast galveno iespēju iezīmes, lai saprastu, kādas ir to atšķirības, un izvēlētos piemērotu risinājumu lietošanai. Visi dati attiecas uz kvalitatīviem izstrādājumiem, jo lēti akumulatori var neatbilst norādītajiem parametriem, jo tie bieži tiek ražoti ar tehnoloģiskiem pārkāpumiem.

Standarta cietā saules paneļa konstrukcija.

Terminoloģija

Galvenie šajā jomā lietotie termini ir:

1. Saules enerģija - elektroenerģija, ko iegūst no saules, izmantojot saules paneļus.
2. Saules insolācija - norāda, cik daudz saules gaismas tiek saņemts uz vienu kvadrātmetru virsmas perpendikulāri stariem.
3. Fotogalvaniskie elementi - moduļi, kas spēj saules gaismu pārvērst elektroenerģijā. Parasti tie ražo 1 līdz 2 vatus enerģijas, taču ir pieejami arī jaudīgāki modeļi.
4. Fotogalvaniskā sistēma - iekārtu kopums, kas saules gaismu pārvērš elektroenerģijā.
5. Saules baterijas jeb paneļi ir fotoelementu grupa, kas ir sagrupēti lielā modulī un savienoti virknē vai virknē-paralēli. Parasti viena baterija satur 36 līdz 40 segmentus.
6. Saules bateriju masīvs - vairāki saules paneļi, kas savienoti, lai iegūtu vajadzīgo strāvas daudzumu.
7. Karkasa moduļi - konstrukcijas alumīnija rāmī, kas ir izturīgas un hermētiskas.
8. Bezrāmju elementi - elastīgas versijas, tās izmanto lietojumos ar zemākām slodzēm.
9. Kilovatstunda (kW) - standarta elektriskās jaudas mērvienība.
10. Saules paneļu efektivitāte (lietderība). Norāda, cik daudz saules enerģijas, kas nokļūst uz virsmas, tiek pārvērsts elektrībā. Parasti šis rādītājs ir 15-24%.
11. Degradācija - saules bateriju jaudas samazināšanās, kas notiek dabisku iemeslu dēļ. Mērot procentos no sākotnējām vērtībām.
12. Maksimālā slodze ir laiks, kad ir nepieciešams vislielākais elektroenerģijas daudzums.
13. Kristāliskais silīcijs ir saules paneļu izejviela. Mūsdienās visizplatītākais un ilgmūžīgākais risinājums.
14. Amorfs silīcijs - sastāvs, kas uz virsmas uzklāts ar iztvaicēšanu un pārklāts ar aizsargpārklājumu.
15. Pusvadītāji - vielas, kas noteiktos apstākļos spēj vadīt strāvu. Tas attiecas arī uz lielāko daļu jauno materiālu, ko izmanto saules bateriju ražošanā.
16. Invertors - ierīce, kas pārveido līdzstrāvu maiņstrāvā.
17. Kontrolieris - regulē saules moduļu izejas spriegumu, lai pareizi uzlādētu akumulatorus.

Sauļošanas karte Krievijā.

Šie ir tikai visbiežāk lietotie termini, ir arī citas iespējas. Taču pat pamatzināšanas palīdzēs jums daudz labāk izprast šo tēmu.

Kvalitātes kategorijas

Lai novērtētu saules paneļa kvalitāti, vispirms ir jānoskaidro, kādas kvalitātes izejvielas ir izmantotas fotoelementu ražošanā. Tas nosaka gatavā produkta efektivitāti un kalpošanas laiku. Ir četras galvenās klases:

1. A klase - Labākās kvalitātes, kas ir bez bojājumiem un plaisām. Pildījuma viendabīgums un virsmas gludums garantē augstu veiktspēju, kas bieži vien ir pat augstāka, nekā norādīts dokumentācijā. Turklāt šim variantam ir viszemākā degradācijas pakāpe, un tas saglabā labu veiktspēju ilgu laiku.
2. B klase ir nedaudz zemākas kvalitātes, un tajā var būt virsmas nepilnības. Tomēr to bieži izmanto, lai ražotu produktu, kura īpašības ir salīdzināmas ar A klases produktu. Tā noārdīšanās koeficients ir daudz zemāks, tāpēc tas ātrāk zaudē savas sākotnējās īpašības.
3. C klase - iespēja, kurā var būt diezgan nopietni defekti, sākot no plaisām līdz šķembām un citiem bojājumiem. Šo moduļu cena ir daudz zemāka, taču arī to efektivitāte nekad nepārsniedz 15 %. Lēts risinājums, kas ir piemērots nelielām kravām.
4. D pakāpe - Būtībā tie ir atkritumi, kas palikuši no fotogalvanisko elementu ražošanas un kurus nevajadzētu izmantot bateriju ražošanā. Taču daudzi ne visai godīgi ražotāji, īpaši Āzijā, tos izmanto ražošanā. Šīs opcijas veiktspēja ir ļoti zema.

Labāk ir izvēlēties pirmo iespēju, bet grūtos gadījumos var izmantot arī otro. Tikai tie spēs nodrošināt normālu efektivitāti un kalpos ilgu laiku.

Arī saules paneļu aizsargplēvei jābūt kvalitatīvai.

EVA laminēšanas materiāls ir speciāla plēve, kas tiek ievietota priekšpusē un ko var izmantot arī otrā pusē. Galvenais mērķis ir aizsargāt darbības elementus no nelabvēlīgas ietekmes, netraucējot saules gaismas iedarbībai. Augstas kvalitātes versijas kalpo aptuveni 25 gadus, zemas kvalitātes - 5 līdz 10 gadus. Veidu nav iespējams noteikt no acīm, tāpēc vieglāk ir spriest pēc cenas - labiem variantiem nebūs zemas cenas.

Videoklipā elektriskā strāva ir grafiski izskaidrota uz piemēra ar saules gaismas iedarbību.

Kā tas darbojas

Saules paneļa darbību ir grūti izskaidrot, taču var minēt dažus vispārīgus aspektus:

1. Kad saules gaisma nokļūst uz fotoelementiem, tajos sāk veidoties ne-līdzsvara elektronu-caurumu pāri.
2. Elektronu pārpalikums liek tiem pārvietoties uz apakšējo pusvadītāja slāni.
3. Ārējā ķēdē tiek radīts spriegums. Pozitīvais polis rodas pie p-slāņa kontakta, bet negatīvais - pie n-slāņa kontakta.
4. Ja fotoelementiem tiek pievienots akumulators, tiek izveidota slēgta ķēde, un pastāvīgi kustīgie elektroni pakāpeniski uzlādē akumulatoru.
5. Parastie silīcija moduļi ir viena pārejas posma elementi, kas var ražot enerģiju tikai no noteikta saules gaismas spektra. Tāpēc iekārtas efektivitāte ir zema.
6. Lai atrisinātu šo problēmu, ražotāji ir izstrādājuši kaskādes versijas; tās var iegūt enerģiju no dažādiem saules spektra stariem. Tas palielina efektivitāti, bet, ņemot vērā augstās ražošanas izmaksas, šādu paneļu cena ir daudz augstāka.
7. Enerģija, kas netiek pārvērsta elektrībā, tiek pārvērsta siltumā, tāpēc saules paneļi sakarst līdz 55 grādiem, bet pusvadītāju paneļi - līdz 180 grādiem. Kad kļūst karstāks, saules paneļa efektivitāte samazinās.

Vienkāršākā saules paneļa shēma.

Starp citu! Saules paneļi ir visefektīvākie skaidrās ziemas dienās, kad ir daudz gaismas un zema temperatūra atvēsina virsmu.

No kā ir izgatavoti saules paneļi

Lai izpētītu saules paneļa konstrukciju, jums ir jāizprot galvenās šķirnes, jo ražošanas tehnoloģijai ir būtiskas atšķirības atkarībā no izmantotajām izejvielām:

1. CdTe baterijas. Kadmija telurīdu izmanto plēves moduļu ražošanā. Dažu simtu mikrometru slānis ir pietiekams, lai sasniegtu aptuveni 11 % vai nedaudz lielāku efektivitāti. Taču, rēķinot vatos uz vatu, tas ir vismaz par 30 % lētāks nekā tradicionālās silīcija alternatīvas. Turklāt tā ir daudz plānāka un vieglāka alternatīva.
2. CIGS tipa. Šis saīsinājums nozīmē, ka tā sastāvā ir varš, indijs, gallijs un selēns. Iegūtais pusvadītājs arī tiek uzklāts nelielā slānī, taču atšķirībā no pirmā varianta efektivitāte šeit ir par kārtu augstāka - 15 %.
3. GaAs un InP var uzklāt 5-6 μm plānu slāni, un to efektivitāte ir aptuveni 20 %. Tas ir jauns vārds tehnoloģijās, kas paredzētas elektroenerģijas ražošanai no saules gaismas. Pateicoties to augstajai darba temperatūrai, akumulatorus var uzkarsēt līdz augstam līmenim, nezaudējot to veiktspēju. Taču, ņemot vērā to, ka ražošanā tiek izmantoti retzemju metālu materiāli, šāda veida izmaksas ir augstas.
4. Kvantu punktu baterijas (QDSC). Tās izmanto kvantu punktus tradicionālo materiālu vietā, lai saules enerģijas pārveidošanai izmantotu absorbējošu materiālu. Pielāgojot joslu spraugas, ir iespējams izgatavot daudzpārejas moduļus, kas efektīvāk absorbē saules enerģiju.
5. Amorfs silīcijs tiek uzklāts iztvaicējot, un tam ir neviendabīga struktūra. Tā nav ļoti efektīva, taču viendabīgā virsma ļoti labi absorbē pat izkliedēto gaismu.
6. Polikristālisks varianti, ko izgatavo, kausējot silīciju un atdzesējot to noteiktos apstākļos, lai iegūtu vienvirziena kristālus. Viens no izplatītākajiem risinājumiem, pateicoties ražošanas lētumam un labai efektivitātei.
7. Monokristālisks šūnas sastāv no monokristāliem, kas sagriezti plānās plāksnītēs un sakausēti ar fosforu. Ilgmūžīgākais risinājums, kam ir zems noārdīšanās ātrums un vismaz 30 gadu, bet visbiežāk par 10-15 gadiem ilgāks kalpošanas laiks.

Kadmija telurīda baterijas ir vienas no visizdevīgākajām, ņemot vērā izmaksas par kilovatu elektroenerģijas.

Starp citu! Tā vai cita varianta efektivitāte ir atkarīga no ražošanas tehnoloģijas, tāpēc tā ir jāprecizē.

Lasīt arī

Saules paneļu veidi un uzstādīšanas metodes

 

Saules paneļu plusi un mīnusi

Katram tipam ir savas īpatnības, kuras ir vērts ņemt vērā, izvēloties piemērotāko tipu:

1. Monokristāliskajiem paneļiem ir visaugstākā efektivitāte, un tādējādi tiek ietaupīta moduļa vieta. To kalpošanas laiks ir vismaz 25 gadi, un tie lēni zaudē jaudu. Tajā pašā laikā virsma ir ļoti jutīga pret netīrumiem, un tā bieži jātīra. Un cena ir visaugstākā no visiem uz silīciju balstītajiem variantiem.
2. Polikristāliskie varianti neabsorbē saules starus tik efektīvi, bet labāk darbojas izkliedētā gaismā. Tās ir izdevīgākas, taču aizņem vairāk vietas, jo to efektivitāte ir zemāka.
3. Amorfa silīcija akumulatorus var izvietot jebkurā vietā, tostarp uz ēku sienām, jo tie labi absorbē izkliedēto gaismu. Tā kā to efektivitāte ir zema, tiem ir zema cena, tāpēc tos var izmantot kā ekonomisku risinājumu. Tajā pašā laikā tie kalpo ilgi un nebaidās no virsmas piesārņojuma.
4. Retzemju elementu variantiem ir līdzīgas priekšrocības un trūkumi, tāpēc tos var aplūkot kopā. Tie ir efektīvāki par klasiskajiem paneļiem, un tos var uzklāt uz plēves, kas ir ērti. Tiem ir lielāks temperatūras diapazons, tāpēc sildīšana neietekmē veiktspēju. Taču, ņemot vērā metālu augsto cenu un retumu, šīs iespējas netiek izmantotas masveidā.

Sienas montāžas iespēja atvieglo uzstādīšanas darbus.

Kur lietot

Visas aplūkotās iespējas var uzstādīt privātajā sektorā, lai iegūtu elektroenerģiju no saules un ietaupītu enerģijas izmaksas vai pat panāktu pilnīgu autonomiju. Attiecībā uz lietošanu ir dažas vienkāršas vadlīnijas, kas jāņem vērā:

1. Monokristāliskos un polikristāliskos variantus vislabāk uzstādīt uz jumta vai uz zemes, iepriekš uzbūvējot rāmīti pareizā leņķī. Vēlams, lai leņķis būtu regulējams, lai jūs varētu pielāgoties saulei.
2. Plēves moduļus var novietot jebkurā vietā, gan uz sienām, gan uz jumti. Tie darbojas labi pat tad, ja stari nesasniedz virsmu pareizajā leņķī, kas ir ļoti svarīgi.
3. Rūpniecība dod priekšroku folijas radiatoriem, jo tie ir lētāki un vieglāk uzstādāmi.

Plēves versijas ir vieglāk uzstādāmas lieliem darba apjomiem.

Pastāv vairākas saules paneļu šķirnes, taču aptuveni 90 % tirgus aizņem tradicionālie silīcija modeļi, jo tie ir lēti un labi darbojas. Varat izvēlēties arī kādu no pusvadītāju risinājumiem, taču tad jums nāksies iztērēt pusotru līdz divas reizes vairāk naudas.