Hur solpaneler fungerar

Solpanelens uppbyggnad och funktionssätt beror på de material och den teknik som används för att tillverka den. Därför är det nödvändigt att förstå egenskaperna hos de viktigaste alternativen för att förstå vad skillnaderna är och välja den lämpliga lösningen för användning. Alla uppgifter är relevanta för kvalitetsprodukter, billiga batterier uppfyller kanske inte de angivna parametrarna eftersom de ofta tillverkas med oegentligheter i tekniken.

Standardutformning av en styv solcellspanel.

Terminologi

De viktigaste termerna som används på detta område är:

1. Solkraft - elektricitet som fås från solen när paneler används.
2. Solinstrålning - anger hur mycket solljus som tas emot per kvadratmeter yta vinkelrätt mot strålarna.
3. Solceller - moduler som kan omvandla solljus till elektrisk energi. De producerar vanligtvis 1 till 2 watt energi, men det finns även alternativ med högre effekt.
4. Solcellssystem - en uppsättning utrustning som omvandlar ljus från solen till elektricitet.
5. Solceller eller paneler är en grupp solceller som är grupperade i en stor modul och kopplade i serie eller serie-parallel. Ett enskilt batteri innehåller vanligtvis 36-40 segment.
6. Array - flera solpaneler som är anslutna för att få den nödvändiga strömmen.
7. Inramade moduler - konstruktioner i en aluminiumram som är robusta och lufttäta.
8. Ramlösa celler - flexibla versioner som används i tillämpningar med lägre belastning.
9. Kilowattimme (kW) - ett standardmått på elektrisk effekt.
10. Effektivitet (verkningsgrad) - för solpaneler. Anger hur mycket solenergi som träffar ytan som omvandlas till elektricitet. Normalt är siffran 15-24 procent.
11. Nedbrytning - minskning av solcellskapaciteten som sker på grund av naturliga orsaker. Mäts i procent av de ursprungliga värdena.
12. Toppbelastningar är de tillfällen då den största mängden el behövs.
13. Kristallint kisel är råmaterialet för solpaneler. Det vanligaste och mest hållbara alternativet idag.
14. Amorft kisel - komposition som appliceras på ytan genom avdunstning och förseglas med en skyddande beläggning.
15. Halvledare - ämnen som kan leda ström under vissa förhållanden. Detta gäller även de flesta nya material som används vid tillverkningen av solceller.
16. Inverter - en anordning som omvandlar likström till växelström.
17. Styrenhet - reglerar utgångsspänningen från solcellsmodulerna för att ladda batterierna på rätt sätt.

Karta över solinstrålningen i Ryssland.

Detta är bara de vanligaste villkoren, det finns ytterligare alternativ. Men även om du känner till grunderna kan du förstå ämnet mycket bättre.

Kvalitetskategorier

För att bedöma kvaliteten på en solcellspanel måste man först och främst ta reda på vilken råvarukvalitet som använts för att tillverka solcellerna. Detta bestämmer den färdiga produktens effektivitet och livslängd. Det finns fyra huvudklasser:

1. Betyg A - Den bästa kvaliteten, som är fri från skador och sprickor. Fyllningens homogenitet och ytans jämnhet garanterar hög prestanda, som ofta är ännu högre än vad som anges i dokumentationen. Dessutom har denna variant den lägsta nedbrytningsgraden och bibehåller god prestanda under lång tid.
2. Betyg B är av något lägre kvalitet och kan ha ytfel. Den används dock ofta för att framställa en produkt vars prestanda är jämförbar med klass A. Nedbrytningskoefficienten är mycket lägre och därför förlorar den sina ursprungliga egenskaper snabbare.
3. Betyg C - ett alternativ där det kan finnas ganska allvarliga defekter, från sprickor till flisor och andra skador. Dessa moduler är mycket billigare i pris, men deras effektivitet är aldrig mer än 15 %. En billig lösning som lämpar sig för små laster.
4. Betyg D - I princip är det avfallsmaterial som blir över vid tillverkningen av solceller och som inte bör användas för att tillverka batterier. Men många mindre hederliga tillverkare, särskilt från Asien, använder dem i sin produktion. Detta alternativ är mycket dåligt.

Det är bättre att välja det första alternativet, men i nödfall räcker det andra. Det är bara de som kan ge normal effektivitet och hålla länge.

Skyddsfilm på solpaneler bör också vara av hög kvalitet.

EVA-lamineringsmaterial är en speciell film som placeras på framsidan och kan användas på baksidan. Huvudsyftet är att skydda de operativa delarna från negativ påverkan utan att störa solljuset. Kvalitetsvarianter håller i ungefär 25 år och varianter av dålig kvalitet i 5-10 år. Det är omöjligt att definiera en sort med ögat, därför är det lättare att bedöma efter priset - bra varianter har inte låga priser.

I videon förklaras den elektriska strömmen grafiskt med hjälp av ett exempel på exponering för solljus.

Hur det fungerar

Det är svårt att förklara hur en solcellspanel fungerar, men några allmänna punkter kan nämnas:

1. När solljuset träffar solcellerna bildas elektron-hålpar som inte är i jämvikt.
2. Överskottet av elektroner gör att de flyttas till halvledarens lägre lager.
3. En spänning skapas i den externa kretsen. Den positiva polen uppstår vid kontakten med p-skiktet och den negativa polen vid kontakten med n-skiktet.
4. Om ett batteri ansluts till solcellerna skapas en sluten krets och de ständigt rörliga elektronerna ger en gradvis laddning av batteriet.
5. Konventionella kiselmoduler är celler med en enda övergång som endast kan generera energi från ett visst spektrum av solljus. Det är därför som utrustningens effektivitet är låg.
6. För att lösa problemet har tillverkarna utvecklat kaskadversioner som kan hämta energi från olika strålar i solspektrumet. Det ökar effektiviteten, men på grund av den höga produktionskostnaden är priset på sådana paneler mycket högre.
7. Den energi som inte omvandlas till elektricitet omvandlas till värme, vilket innebär att solpaneler värms upp till 55 grader och halvledarpaneler värms upp till 180 grader i processen. När det blir varmare minskar solpanelens effektivitet.

Den enklaste bilden av en solpanel.

Förresten! Solpaneler är mest effektiva under klara vinterdagar, när det finns gott om ljus och låga temperaturer kyler ytan.

Vad tillverkas solpaneler av

För att studera hur en solcellspanel byggs måste du förstå de viktigaste sorterna, eftersom produktionstekniken har betydande skillnader beroende på vilka råvaror som används:

1. CdTe-batterier. Kadmiumtellurid används vid tillverkning av filmmoduler. Ett skikt på några hundra mikrometer är tillräckligt för att uppnå en effektivitet på ca 11 % eller något högre. Men när det gäller watt per watt är den minst 30 % billigare än traditionella kiselalternativ. Och det är ett mycket tunnare och lättare alternativ.
2. CIGS-typ. Förkortningen betyder att den innehåller koppar, indium, gallium och selen. Den resulterande halvledaren appliceras också i ett litet lager, men till skillnad från den första varianten är effektiviteten här en storleksordning högre, 15 %.
3. GaAs och InP typerna kan lägga ut ett tunt skikt på 5-6 μm och har en effektivitet på cirka 20 %. Detta är ett nytt ord inom tekniken för att generera elektricitet från solljus. Tack vare sina höga driftstemperaturer kan batterier värmas upp till en hög nivå utan att deras prestanda försämras. Men eftersom sällsynta jordartsmetaller används i produktionen är kostnaden för denna typ hög.
4. Kvantpunktsbatterier (QDSC). De använder kvantprickar i stället för traditionella bulkmaterial som absorberande material för omvandling av solenergi. Genom att justera bandgapet är det möjligt att tillverka moduler med flera kopplingar som absorberar solenergi mer effektivt.
5. Amorft kisel appliceras genom avdunstning och har en heterogen struktur. Den är inte särskilt effektiv, men den homogena ytan är mycket bra på att absorbera även spridda ljus.
6. Polykristallin varianter som framställs genom att smälta kisel och kyla det under vissa förhållanden för att få enkelriktade kristaller. En av de vanligaste lösningarna på grund av den billiga produktionen och den goda effektiviteten.
7. Monokristallin cellerna består av enkristaller som skurits till tunna plattor och legerats med fosfor. Den mest långvariga lösningen, som har en låg nedbrytningsgrad och en livslängd på minst 30 år, men oftast 10-15 år längre.

Kadmiumtelluridbatterier är bland de mest lönsamma när det gäller kostnaden per kilowatt el.

Förresten! Effektiviteten hos den ena eller andra varianten beror på produktionstekniken, så det är nödvändigt att klargöra den.

Läs också

Typer och installationsmetoder för solpaneler

 

För- och nackdelar med solpaneler

Varje typ har sina egna egenskaper som är värda att ta hänsyn till när man väljer vilken typ som är lämpligast:

1. Monokristallina paneler har den högsta verkningsgraden och sparar därmed plats för modulerna. De har en livslängd på minst 25 år och tappar långsamt kraft. Samtidigt är ytan mycket känslig för smuts och måste rengöras ofta. Och priset är det högsta av alla kiselbaserade varianter.
2. Polykristallina varianter absorberar inte solens strålar lika effektivt men fungerar bättre i diffust ljus. De ger mer valuta för pengarna men tar mer plats på grund av sin lägre effektivitet.
3. Amorfa kiselbatterier kan placeras var som helst, även på byggnaders väggar, eftersom de absorberar diffust ljus bra. De har låg effektivitet och lågt pris, så de kan användas som ett ekonomiskt alternativ. Samtidigt håller de länge och är inte lika rädda för ytföroreningar.
4. Sällsynta jordartsvarianter har liknande för- och nackdelar, så de kan betraktas tillsammans. De är överlägsna de klassiska panelerna när det gäller effektivitet och kan appliceras på film, vilket är bekvämt. De har ett större temperaturområde, så uppvärmning påverkar inte prestandan. Men på grund av det höga priset och metallernas sällsynthet används inte dessa alternativ i stor skala.

Väggmonteringsalternativet förenklar installationsarbetet.

Var du ska använda

Alla dessa alternativ kan installeras i den privata sektorn för att få elektricitet från solen och spara på energikostnaderna, eller till och med för att uppnå fullständig autonomi. När det gäller användning finns det några enkla riktlinjer att ta hänsyn till:

1. Monokristallina och polykristallina varianter installeras bäst på taket eller på marken, med en ram som byggs i rätt vinkel i förväg. Helst ska vinkeln vara justerbar, så att du kan anpassa dig till solen.
2. Filmmodulerna kan placeras var som helst, både på väggar och på tak. De fungerar bra även om strålarna inte når ytan i rätt vinkel, vilket är mycket viktigt.
3. Industrin föredrar också folieradiatorer eftersom de är billigare och lättare att installera.

Filmversioner är lättare att installera för stora arbetsvolymer.

Det finns flera olika typer av solpaneler, men cirka 90 % av marknaden upptas av traditionella kiselmodeller på grund av deras låga pris och goda prestanda. Du kan också välja en av halvledarlösningarna, men då måste du lägga ut en och en halv till två gånger mer pengar.