Ako fungujú solárne panely

Štruktúra solárneho panelu a princíp jeho fungovania závisí od materiálov a technológie, z ktorých je vyrobený. Preto je potrebné poznať vlastnosti hlavných možností, aby ste pochopili ich rozdiely a vybrali vhodné riešenie na použitie. Všetky údaje sa týkajú kvalitných výrobkov, lacné batérie nemusia spĺňať uvedené parametre, pretože sa často vyrábajú s technologickými nezrovnalosťami.

Štandardná konštrukcia pevného solárneho panelu.

Terminológia

Hlavné pojmy používané v tejto oblasti sú:

1. Solárna energia - elektrická energia, ktorá sa získava zo slnka pri použití panelov.
2. Slnečná insolácia - udáva, koľko slnečného svetla dopadá na meter štvorcový plochy kolmej na lúče.
3. Fotovoltaické články - moduly schopné premieňať slnečné svetlo na elektrickú energiu. Zvyčajne produkujú 1 až 2 watty energie, ale k dispozícii sú aj výkonnejšie varianty.
4. Fotovoltaický systém - súbor zariadení, ktoré premieňajú svetlo zo slnka na elektrickú energiu.
5. Solárne články alebo panely sú skupiny fotovoltaických článkov zoskupených do veľkého modulu a zapojených sériovo alebo paralelne. Jedna batéria zvyčajne obsahuje 36 až 40 segmentov.
6. Sústava - niekoľko solárnych panelov spojených na získanie požadovaného množstva prúdu.
7. Rámové moduly - konštrukcie v hliníkovom ráme, ktoré sú robustné a vzduchotesné.
8. Bezrámové články - flexibilné verzie, používajú sa v aplikáciách s nižším zaťažením.
9. Kilowatthodina (kW) - štandardná miera elektrického výkonu.
10. Účinnosť (efektivita) - solárnych panelov. Ukazuje, koľko slnečnej energie dopadajúcej na povrch sa premení na elektrinu. Obvykle je to 15-24 %.
11. Degradácia - zníženie kapacity solárnych článkov, ku ktorému dochádza z prirodzených príčin. Meria sa ako percento pôvodných hodnôt.
12. Špičkové zaťaženie je čas, keď je potrebné najväčšie množstvo elektrickej energie.
13. Kryštalický kremík je surovinou na výrobu solárnych panelov. V súčasnosti najbežnejšia a najtrvácnejšia možnosť.
14. Amorfný kremík - zloženie nanesené na povrch odparovaním a uzavreté ochrannou vrstvou.
15. Polovodiče - látky, ktoré môžu za určitých podmienok viesť prúd. Patrí sem väčšina nových materiálov používaných pri výrobe solárnych článkov.
16. Menič - zariadenie, ktoré premieňa jednosmerný prúd na striedavý.
17. Regulátor - reguluje výstupné napätie zo solárnych modulov na správne nabíjanie batérií.

Mapa oslnenia v Rusku.

Toto sú len najbežnejšie podmienky, existujú aj ďalšie možnosti. Ale aj znalosť základov vám pomôže lepšie pochopiť túto tému.

Kategórie kvality

Na posúdenie kvality solárneho panelu je potrebné najprv zistiť kvalitu surovín použitých na výrobu fotovoltaických článkov. Od toho sa odvíja účinnosť a životnosť hotového výrobku. Existujú štyri hlavné triedy:

1. Trieda A - Najlepšia trieda, ktorá je bez akýchkoľvek poškodení a prasklín. Homogénnosť výplne a hladkosť povrchu zaručujú vysoký výkon, ktorý je často ešte vyšší, ako sa uvádza v dokumentácii. Okrem toho má tento variant najnižšiu mieru degradácie a udržuje si dobrú výkonnosť počas dlhého obdobia.
2. Trieda B je o niečo menej kvalitný a môže mať povrchové chyby. Často sa však používa na výrobu výrobku, ktorého vlastnosti sú porovnateľné s triedou A. Koeficient degradácie je oveľa nižší, a preto rýchlejšie stráca svoje pôvodné vlastnosti.
3. Trieda C - možnosť, pri ktorej sa môžu vyskytnúť pomerne závažné chyby, od prasklín až po triesky a iné poškodenia. Tieto moduly sú oveľa lacnejšie, ale ich účinnosť nikdy nepresahuje 15 %. Cenovo výhodné riešenie, ktoré je vhodné pre malé zaťaženia.
4. Trieda D - V podstate ide o odpadový materiál, ktorý zostal pri výrobe fotovoltických článkov a ktorý by sa nemal používať na výrobu batérií. Mnohí menej ako čestní výrobcovia, najmä v Ázii, ich však pri výrobe používajú. Výkon tejto možnosti je veľmi slabý.

Je lepšie zvoliť prvú možnosť, v prípade núdze stačí aj druhá. Len tie dokážu zabezpečiť normálnu účinnosť a vydržia dlho.

Ochranná fólia na solárnych paneloch by mala byť tiež vysoko kvalitná.

Laminovací materiál EVA je špeciálna fólia, ktorá sa umiestňuje na prednú stranu a môže sa použiť na zadnú stranu. Hlavným účelom je chrániť prevádzkové prvky pred nepriaznivými vplyvmi bez toho, aby zasahovali do slnečného svetla. Kvalitné verzie vydržia približne 25 rokov, nekvalitné 5 až 10 rokov. Nie je možné určiť druh od oka, preto je jednoduchšie posudzovať podľa ceny - dobré varianty nebudú mať nízke ceny.

Vo videu je elektrický prúd názorne vysvetlený na príklade pôsobenia slnečného svetla.

Ako to funguje

Vysvetliť, ako funguje solárny panel, je ťažké, ale možno uviesť niekoľko všeobecných bodov:

1. Keď slnečné svetlo dopadá na fotovoltaické články, začnú sa v nich vytvárať nerovnovážne páry elektrón-diera.
2. Prebytok elektrónov spôsobuje ich presun do spodnej vrstvy polovodiča.
3. V externom obvode sa vytvorí napätie. Kladný pól vzniká na kontakte p-vrstvy a záporný pól na kontakte n-vrstvy.
4. Ak sa k fotovoltaickým článkom pripojí akumulátor, vytvorí sa bludný kruh a neustále sa pohybujúce elektróny postupne nabíjajú akumulátor.
5. Bežné kremíkové moduly sú články s jedným prechodom, ktoré dokážu vyrábať energiu len z určitého spektra slnečného svetla. Z tohto dôvodu je účinnosť zariadenia nízka.
6. Na vyriešenie tohto problému výrobcovia vyvinuli kaskádové verzie, ktoré môžu čerpať energiu z rôznych lúčov slnečného spektra. Zvyšuje účinnosť, ale vzhľadom na vysoké výrobné náklady je cena takýchto panelov oveľa vyššia.
7. Energia, ktorá sa nepremení na elektrinu, sa premení na teplo, takže solárne panely sa zahrejú na 55 stupňov a polovodičové panely sa pri tomto procese zahrejú na 180 stupňov. A čím je teplejšie, tým sa znižuje účinnosť solárneho panela.

Najjednoduchšia schéma solárneho panelu.

Mimochodom! Solárne panely sú najúčinnejšie počas jasných zimných dní, keď je dostatok svetla a nízke teploty ochladzujú povrch.

Z čoho sú vyrobené solárne panely

Ak chcete študovať konštrukciu solárneho panelu, musíte pochopiť hlavné odrody, pretože technológia výroby sa výrazne líši v závislosti od použitých surovín:

1. CdTe batérie. Telurid kadmia sa používa pri výrobe filmových modulov. Na dosiahnutie účinnosti približne 11 % alebo o niečo vyššej stačí vrstva s hrúbkou niekoľko sto mikrometrov. V prepočte na watt je však minimálne o 30 % lacnejší ako tradičné kremíkové alternatívy. Je to oveľa tenšia a ľahšia alternatíva.
2. Typ CIGS. Táto skratka znamená, že obsahuje meď, indium, gálium a selén. Výsledný polovodič je tiež nanesený v malej vrstve, ale na rozdiel od prvého variantu je tu účinnosť rádovo vyššia, 15 %.
3. GaAs a InP sú schopné naniesť tenkú vrstvu 5-6 μm a majú účinnosť približne 20 %. Ide o nové slovo v technológiách na výrobu elektrickej energie zo slnečného svetla. Vďaka vysokým prevádzkovým teplotám možno batérie zahriať na vysokú úroveň bez straty výkonu. Vzhľadom na to, že sa pri výrobe používajú materiály zo vzácnych zemín, sú náklady na tento typ vysoké.
4. Kvantové bodové batérie (QDSC). Ako absorpčný materiál na premenu slnečnej energie používajú kvantové bodky namiesto tradičných objemových materiálov. Vďaka vlastnostiam ladenia pásmovej medzery je možné vyrobiť viacprechodové moduly, ktoré účinnejšie absorbujú slnečnú energiu.
5. Amorfný kremík sa nanáša odparovaním a má heterogénnu štruktúru. Nie je veľmi účinný, ale homogénny povrch veľmi dobre absorbuje aj rozptýlené svetlo.
6. Polykryštalické varianty vyrobené roztavením kremíka a jeho ochladením za určitých podmienok s cieľom získať jednosmerné kryštály. Jedno z najbežnejších riešení vďaka lacnej výrobe a dobrej účinnosti.
7. Monokryštalické bunky pozostávajú z monokryštálov rozrezaných na tenké doštičky a legovaných fosforom. Najdlhšie trvajúce riešenie, ktoré má nízku mieru degradácie a životnosť najmenej 30 rokov, ale najčastejšie o 10 až 15 rokov dlhšiu.

Teluridové batérie kadmia patria medzi najvýhodnejšie z hľadiska nákladov na kilowatt elektrickej energie.

Mimochodom! Účinnosť toho či onoho variantu závisí od technológie výroby, preto je potrebné ju objasniť.

Prečítajte si tiež

Typy a spôsoby inštalácie solárnych panelov

 

Výhody a nevýhody solárnych panelov

Každý typ má svoje vlastné vlastnosti, ktoré sa oplatí zvážiť pri výbere najvhodnejšieho typu:

1. Monokryštalické panely majú najvyššiu účinnosť, a tým šetria miesto na moduly. Majú životnosť najmenej 25 rokov a pomaly strácajú výkon. Zároveň je povrch veľmi citlivý na nečistoty a musí sa často čistiť. A cena je najvyššia zo všetkých variantov na báze kremíka.
2. Polykryštalické varianty neabsorbujú slnečné lúče tak účinne, ale fungujú lepšie v rozptýlenom svetle. Sú cenovo výhodnejšie, ale kvôli nižšej účinnosti zaberajú viac miesta.
3. Amorfné kremíkové batérie možno umiestniť kdekoľvek vrátane stien budov, pretože dobre absorbujú rozptýlené svetlo. Vďaka svojej nízkej účinnosti majú nízku cenu, takže sa môžu používať ako úsporná voľba. Zároveň majú dlhú životnosť a nebojí sa povrchového znečistenia.
4. Varianty s obsahom vzácnych zemín majú podobné výhody a nevýhody, preto ich možno posudzovať spoločne. Z hľadiska účinnosti sú lepšie ako klasické panely a možno ich aplikovať na fóliu, čo je výhodné. Majú väčší teplotný rozsah, takže zahrievanie nemá vplyv na výkon. Vzhľadom na vysokú cenu a vzácnosť kovov sa však tieto možnosti masovo nevyužívajú.

Možnosť montáže na stenu zjednodušuje inštaláciu.

Kde používať

Všetky zvažované možnosti je možné inštalovať v súkromnom sektore s cieľom získavať elektrickú energiu zo slnka a ušetriť náklady na energiu alebo dokonca dosiahnuť úplnú autonómiu. Pokiaľ ide o používanie, je potrebné zohľadniť niekoľko jednoduchých usmernení:

1. Monokryštalické a polykryštalické varianty sa najlepšie inštalujú na strechu alebo na zem, pričom rám je vopred skonštruovaný v pravom uhle. Uhol by mal byť nastaviteľný, aby ste sa mohli prispôsobiť slnku.
2. Fóliové moduly možno umiestniť kdekoľvek, na steny aj na strechy. Fungujú dobre, aj keď lúče nedosahujú na povrch pod správnym uhlom, čo je veľmi dôležité.
3. Priemysel uprednostňuje fóliové radiátory, pretože sú lacnejšie a jednoduchšie sa inštalujú.

Fóliové verzie sa ľahšie inštalujú pri veľkých objemoch práce.

Existuje niekoľko druhov solárnych panelov, ale približne 90 % trhu zaberajú tradičné kremíkové modely vďaka ich nízkej cene a dobrému výkonu. Môžete si vybrať aj jedno z polovodičových riešení, ale potom budete musieť vynaložiť jeden a pol až dvakrát viac peňazí.