Πώς λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ

Ο σχεδιασμός μιας ηλιακής μπαταρίας και η αρχή της λειτουργίας της εξαρτάται από τα υλικά και από ποια τεχνολογία είναι κατασκευασμένη. Επομένως, πρέπει να κατανοήσετε τα χαρακτηριστικά των κύριων επιλογών για να κατανοήσετε ποιες είναι οι διαφορές τους και να επιλέξετε την κατάλληλη λύση για χρήση. Όλα τα δεδομένα είναι σχετικά για προϊόντα υψηλής ποιότητας, οι φθηνές μπαταρίες ενδέχεται να μην πληρούν τις δηλωμένες παραμέτρους, καθώς συχνά κατασκευάζονται με παραβιάσεις της τεχνολογίας.

Τυπικός άκαμπτος σχεδιασμός ηλιακής συστοιχίας.

Ορολογία

Οι κύριοι όροι που χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον τομέα:

1. Η ηλιακή ενέργεια είναι η ηλεκτρική ενέργεια που λαμβάνεται από τον ήλιο όταν χρησιμοποιούνται πάνελ.
2. Ηλιακή ηλιακή ακτινοβολία - δείχνει πόσο ηλιακό φως πέφτει σε ένα τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας που βρίσκεται κάθετα στις ακτίνες.
3. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι μονάδες ικανές να μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Συνήθως παράγουν από 1 έως 2 watt ενέργειας, αλλά υπάρχουν και πιο παραγωγικές επιλογές.
4. Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα είναι ένα σύνολο εξοπλισμού που μετατρέπει το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια.
5. Τα ηλιακά πάνελ ή πάνελ είναι μια ομάδα φωτοβολταϊκών κυψελών που ομαδοποιούνται σε ένα μεγάλο δομοστοιχείο και συνδέονται με σειριακό ή παράλληλο τρόπο. Συνήθως, μια μπαταρία περιλαμβάνει από 36 έως 40 τμήματα.
6. Μια συστοιχία είναι μια σειρά ηλιακών συλλεκτών που συνδέονται για να παρέχουν την επιθυμητή ποσότητα ρεύματος.
7. Μονάδες πλαισίου - κατασκευές σε πλαίσιο αλουμινίου, ανθεκτικές και σφραγισμένες.
8. Τα στοιχεία χωρίς πλαίσιο είναι ευέλικτες επιλογές, χρησιμοποιούνται σε συνθήκες χαμηλότερων φορτίων.
9. Η κιλοβατώρα (kW) είναι μια τυπική μέτρηση της ηλεκτρικής ισχύος.
10. Αποδοτικότητα (αποτελεσματικότητα) - ηλιακοί συλλέκτες. Δείχνει πόση ηλιακή ενέργεια που προσπίπτει στην επιφάνεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Συνήθως ο δείκτης είναι 15-24%.
11. Η υποβάθμιση είναι η μείωση της χωρητικότητας των ηλιακών συλλεκτών που οφείλεται σε φυσικά αίτια. Μετριέται ως ποσοστό των αρχικών δεικτών.
12. Τα φορτία αιχμής είναι στιγμές κατά τις οποίες απαιτείται η μεγαλύτερη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας.
13. Το κρυσταλλικό πυρίτιο είναι η πρώτη ύλη για την κατασκευή ηλιακών συλλεκτών. Η πιο κοινή και ανθεκτική επιλογή για σήμερα.
14. Το άμορφο πυρίτιο είναι μια σύνθεση που εναποτίθεται στην επιφάνεια με εξάτμιση και καλύπτεται με μια προστατευτική σύνθεση.
15. Οι ημιαγωγοί είναι ουσίες που μπορούν να μεταφέρουν ρεύμα υπό ορισμένες συνθήκες. Αυτό περιλαμβάνει τα περισσότερα από τα νέα υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ηλιακών συλλεκτών.
16. Ο μετατροπέας είναι μια συσκευή μετατροπής συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα.
17. Ελεγκτής - ρυθμίζει την τάση εξόδου από τις ηλιακές μονάδες για τη σωστή φόρτιση των μπαταριών.

Χάρτης της ηλιοφάνειας στο έδαφος της Ρωσίας.

Αυτοί είναι μόνο οι πιο συνηθισμένοι όροι, υπάρχουν πρόσθετες επιλογές. Αλλά ακόμη και η γνώση των βασικών θα σας βοηθήσει να κατανοήσετε το θέμα πολύ καλύτερα.

Ποιοτικές κατηγορίες

Για την αξιολόγηση της ποιότητας ενός ηλιακού πάνελ, είναι απαραίτητο πρώτα από όλα να μάθουμε την κατηγορία των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή φωτοβολταϊκών στοιχείων. Η απόδοση και η διάρκεια ζωής των τελικών προϊόντων εξαρτώνται από αυτό. 4 κύριες κατηγορίες:

1. Βαθμός Α - η καλύτερη επιλογή, στην οποία δεν υπάρχουν ζημιές και ρωγμές. Η ομοιομορφία του γεμίσματος και η ομαλότητα της επιφάνειας εγγυώνται υψηλές επιδόσεις, που συχνά είναι ακόμη υψηλότερες από αυτές που αναφέρονται στην τεκμηρίωση. Επιπλέον, αυτή η επιλογή έχει το χαμηλότερο ποσοστό υποβάθμισης και διατηρεί καλή απόδοση για μεγάλο χρονικό διάστημα.
2. Β τάξη ελαφρώς χειρότερη σε ποιότητα, μπορεί να υπάρχουν ελαττώματα στην επιφάνεια. Αλλά ταυτόχρονα, τις περισσότερες φορές, η χρήση καθιστά δυνατή την απόκτηση προϊόντων συγκρίσιμων σε απόδοση με την κατηγορία Α. Οι δείκτες υποβάθμισης είναι μια τάξη μεγέθους χειρότεροι, επομένως χάνουν τα αρχικά χαρακτηριστικά τους πιο γρήγορα.
3. Γ τάξη - μια επιλογή στην οποία μπορεί να υπάρχουν αρκετά σοβαρά ελαττώματα - από ρωγμές έως τσιπ και άλλες ζημιές. Σε μια τιμή, τέτοιες μονάδες είναι πολύ φθηνότερες, αλλά η απόδοσή τους δεν υπερβαίνει το 15%. Μια φθηνή λύση που είναι κατάλληλη για μικρά φορτία.
4. Βαθμός Δ - στην ουσία πρόκειται για τα απόβλητα που απομένουν μετά την κατασκευή των φωτοβολταϊκών στοιχείων, τα οποία δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μπαταριών. Αλλά πολλοί όχι πολύ έντιμοι κατασκευαστές, ειδικά από την Ασία, τα χρησιμοποιούν στην παραγωγή. Η απόδοση αυτής της επιλογής είναι εξαιρετικά χαμηλή.

Είναι καλύτερα να επιλέξετε την πρώτη επιλογή, σε ακραίες περιπτώσεις, η δεύτερη είναι επίσης κατάλληλη.Μόνο αυτοί μπορούν να παρέχουν κανονική απόδοση και θα χρησιμεύσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Το προστατευτικό φιλμ στα ηλιακά πάνελ πρέπει επίσης να είναι υψηλής ποιότητας.

Το υλικό πλαστικοποίησης EVA είναι μια ειδική μεμβράνη που βρίσκεται στην μπροστινή πλευρά και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη λάθος πλευρά. Ο κύριος σκοπός είναι η προστασία των στοιχείων εργασίας από δυσμενείς επιπτώσεις χωρίς να παρεμβαίνει το ηλιακό φως. Οι επιλογές υψηλής ποιότητας διαρκούν περίπου 25 χρόνια, οι χαμηλής ποιότητας - από 5 έως 10. Είναι αδύνατο να προσδιοριστεί η ποικιλία με το μάτι, επομένως είναι πιο εύκολο να προχωρήσετε από την τιμή - για καλές επιλογές, δεν θα είναι χαμηλή.

Στο βίντεο, για παράδειγμα, καταλαβαίνουν ξεκάθαρα πώς προκύπτει ηλεκτρικό ρεύμα υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός.

Αρχή λειτουργίας

Είναι αρκετά δύσκολο να εξηγηθούν τα χαρακτηριστικά της ηλιακής μπαταρίας, αλλά μπορείτε να κατανοήσετε τα γενικά σημεία:

1. Όταν το ηλιακό φως χτυπά τα φωτοκύτταρα, ο σχηματισμός ζευγών ηλεκτρονίων-οπών που δεν βρίσκονται σε ισορροπία αρχίζει εκεί.
2. Λόγω της περίσσειας των ηλεκτρονίων, αρχίζουν να κινούνται προς το κάτω στρώμα του ημιαγωγού.
3. Εφαρμόζεται τάση στο εξωτερικό κύκλωμα. Ένας θετικός πόλος εμφανίζεται στην επαφή του στρώματος p και ένας αρνητικός πόλος εμφανίζεται στην επαφή του στρώματος n.
4. Εάν συνδεθεί μια μπαταρία στα φωτοκύτταρα, τότε προκύπτει ένας φαύλος κύκλος και τα συνεχώς κινούμενα ηλεκτρόνια παρέχουν σταδιακή φόρτιση της μπαταρίας.
5. Οι συμβατικές μονάδες πυριτίου είναι κυψέλες μονής σύνδεσης που μπορούν να παράγουν ενέργεια μόνο από ένα συγκεκριμένο φάσμα ηλιακού φωτός. Εξαιτίας αυτού, η απόδοση του εξοπλισμού είναι χαμηλή.
6. Για να λύσουν το πρόβλημα, οι κατασκευαστές έχουν αναπτύξει επιλογές καταρράκτη, μπορούν να πάρουν ενέργεια από διαφορετικές ακτίνες του ηλιακού φάσματος.Αυτό αυξάνει την απόδοση, αλλά λόγω του υψηλού κόστους παραγωγής, η τιμή τέτοιων πάνελ είναι πολύ υψηλότερη.
7. Η ενέργεια που δεν μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα, έτσι οι ηλιακοί συλλέκτες θερμαίνονται έως και 55 βαθμούς κατά τη λειτουργία και οι μπαταρίες ημιαγωγών έως τους 180. Επιπλέον, καθώς η ηλιακή μπαταρία θερμαίνεται, η απόδοση της ηλιακής μπαταρίας μειώνεται.

Το απλούστερο σχέδιο της ηλιακής μπαταρίας.

Παρεμπιπτόντως! Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι πιο αποδοτικοί σε καθαρές μέρες του χειμώνα, όταν υπάρχει αρκετό φως και η χαμηλή θερμοκρασία δροσίζει την επιφάνεια.

Από τι είναι φτιαγμένα

Για να μελετήσετε τη συσκευή μιας ηλιακής μπαταρίας, πρέπει να κατανοήσετε τις κύριες ποικιλίες, καθώς η τεχνολογία παραγωγής έχει σημαντικές διαφορές ανάλογα με τις πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται:

1. Μπαταρίες CdTe. Το τελλουρίδιο του καδμίου χρησιμοποιείται στην κατασκευή μονάδων φιλμ. Ένα στρώμα αρκετών εκατοντάδων μικρομέτρων είναι αρκετό για να έχετε απόδοση της τάξης του 11% ή λίγο υψηλότερη. Αυτό είναι ένα ειλικρινά χαμηλό ποσοστό, αλλά όσον αφορά την ισχύ 1 watt, το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας είναι τουλάχιστον 30% φθηνότερο από τις παραδοσιακές επιλογές πυριτίου. Παρά το γεγονός ότι αυτή η ποικιλία είναι πολύ πιο λεπτή και ελαφρύτερη.
2. Τύπος CIGS. Η συντομογραφία σημαίνει ότι η σύνθεση περιλαμβάνει χαλκό, ίνδιο, γάλλιο και σελήνιο. Αποδεικνύεται ένας ημιαγωγός, ο οποίος εφαρμόζεται επίσης σε ένα μικρό στρώμα, αλλά σε αντίθεση με την πρώτη επιλογή, η απόδοση εδώ είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερη και ανέρχεται στο 15%.
3. Τύποι GaAs και InP διακρίνει τη δυνατότητα εφαρμογής λεπτής στρώσης 5-6 microns, ενώ η απόδοση θα είναι περίπου 20%. Αυτή είναι μια νέα λέξη στις τεχνολογίες για την εξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από το ηλιακό φως.Λόγω των υψηλών θερμοκρασιών λειτουργίας, οι μπαταρίες μπορεί να ζεσταθούν πολύ χωρίς απώλεια απόδοσης. Αλλά λόγω του γεγονότος ότι χρησιμοποιούνται υλικά σπάνιων γαιών στην παραγωγή, το κόστος αυτού του τύπου είναι υψηλό.
4. Μπαταρίες Quantum Dot (QDSC). Χρησιμοποιούν κβαντικές κουκκίδες ως απορροφητικό υλικό για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας αντί για παραδοσιακά υλικά χύδην. Λόγω των χαρακτηριστικών του συντονισμού κενού ζώνης, είναι δυνατό να κατασκευαστούν μονάδες πολλαπλών συνδέσεων που απορροφούν την ηλιακή ενέργεια πιο αποτελεσματικά.
5. Άμορφο πυρίτιο εφαρμόζεται με εξάτμιση και έχει ετερογενή δομή. Δεν έχει υψηλή απόδοση, αλλά μια ομοιογενής επιφάνεια απορροφά πολύ καλά ακόμη και το διάσπαρτο φως.
6. Πολυκρυσταλλικό παραλλαγές γίνονται με τήξη πυριτίου και ψύξη του υπό ορισμένες συνθήκες για την παραγωγή κρυστάλλων μονής κατεύθυνσης. Μια από τις πιο κοινές λύσεις λόγω του χαμηλού κόστους παραγωγής και των καλών δεικτών απόδοσης.
7. Μονοκρυσταλλικό Τα στοιχεία αποτελούνται από στερεούς κρυστάλλους κομμένους σε λεπτές πλάκες και εμποτισμένους με φώσφορο. Η πιο ανθεκτική λύση με χαμηλούς ρυθμούς υποβάθμισης και διάρκεια ζωής τουλάχιστον 30 ετών, αλλά τις περισσότερες φορές 10-15 χρόνια μεγαλύτερη.

Οι μπαταρίες από τελλουρίδιο του καδμίου είναι από τις πιο κερδοφόρες όσον αφορά το κόστος ανά κιλοβάτ ηλεκτρικής ενέργειας.

Παρεμπιπτόντως! Η αποτελεσματικότητα μιας ή άλλης επιλογής εξαρτάται από την τεχνολογία παραγωγής, επομένως πρέπει να διευκρινιστεί.

Διαβάστε επίσης

Τύποι και μέθοδοι εγκατάστασης ηλιακών συλλεκτών

 

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των ηλιακών συλλεκτών

Κάθε τύπος έχει τα δικά του χαρακτηριστικά που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή προκειμένου να αποφασιστεί ποιος τύπος ταιριάζει καλύτερα:

1. Τα μονοκρυσταλλικά πάνελ έχουν την υψηλότερη απόδοση και λόγω αυτού εξοικονομείται ο χώρος για την τοποθέτηση των πλαισίων. Διαρκούν τουλάχιστον 25 χρόνια και σιγά σιγά χάνουν την ισχύ τους. Ταυτόχρονα, η επιφάνεια είναι πολύ ευαίσθητη στη βρωμιά, πρέπει να πλένεται συχνά. Και η τιμή είναι η υψηλότερη από όλες τις επιλογές με βάση το πυρίτιο.
2. Οι πολυκρυσταλλικές επιλογές δεν απορροφούν τις ακτίνες του ήλιου τόσο αποτελεσματικά, αλλά λειτουργούν καλύτερα σε διάχυτο φως. Όσον αφορά την αναλογία τιμής-ποιότητας, είναι πιο κερδοφόρα, αλλά καταλαμβάνουν περισσότερο χώρο λόγω χαμηλότερης απόδοσης.
3. Οι άμορφες μπαταρίες πυριτίου μπορούν να τοποθετηθούν οπουδήποτε, ακόμη και στους τοίχους των κτιρίων, καθώς απορροφούν καλά το διάσπαρτο φως. Με χαμηλή απόδοση, έχουν χαμηλή τιμή, επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οικονομική επιλογή. Ταυτόχρονα, εξυπηρετούν για μεγάλο χρονικό διάστημα και δεν φοβούνται τόσο την επιφανειακή μόλυνση.
4. Οι επιλογές σπάνιων γαιών έχουν παρόμοια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, επομένως μπορείτε να τα εξετάσετε μαζί. Όσον αφορά την αποτελεσματικότητα, είναι ανώτερα από τα κλασικά πάνελ, μπορούν να εφαρμοστούν στην ταινία, κάτι που είναι βολικό. Έχουν μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας, επομένως η θέρμανση δεν επηρεάζει την απόδοση της εργασίας. Αλλά λόγω της υψηλής τιμής και της σπανιότητας των μετάλλων, τέτοιες επιλογές δεν χρησιμοποιούνται ευρέως.

Η επιλογή επιτοίχιας τοποθέτησης απλοποιεί τις εργασίες εγκατάστασης.

Πού χρησιμοποιούνται

Όλες οι εξεταζόμενες επιλογές μπορούν να εγκατασταθούν στον ιδιωτικό τομέα προκειμένου να λάβουν ηλεκτρική ενέργεια από τον ήλιο και να εξοικονομήσουν ενεργειακούς πόρους ή ακόμη και να επιτύχουν πλήρη αυτονομία. Όσον αφορά τη χρήση, πρέπει να λάβετε υπόψη μερικές απλές συστάσεις:

1. Οι μονοκρυσταλλικές και πολυκρυσταλλικές επιλογές τοποθετούνται καλύτερα στην οροφή ή στο έδαφος, έχοντας προηγουμένως κατασκευάσει το πλαίσιο στην επιθυμητή γωνία.Είναι επιθυμητό η γωνία κλίσης να ρυθμίζεται, ώστε να μπορείτε να προσαρμοστείτε στον ήλιο.
2. Οι μονάδες φιλμ μπορούν να τοποθετηθούν οπουδήποτε, τόσο σε τοίχους όσο και επάνω στέγες. Λειτουργούν καλά ακόμα κι αν οι ακτίνες δεν χτυπούν την επιφάνεια σε ορθή γωνία, κάτι που είναι πολύ σημαντικό.
3. Σε βιομηχανική κλίμακα, οι μπαταρίες φιλμ προτιμώνται επίσης ως φθηνότερες και ευκολότερες στην εγκατάσταση.

Οι επιλογές φιλμ εγκαθίστανται ευκολότερα με μεγάλη εργασία.

Υπάρχουν πολλές ποικιλίες ηλιακών κυψελών, αλλά περίπου το 90% της αγοράς καταλαμβάνεται από παραδοσιακά μοντέλα πυριτίου λόγω της χαμηλής τιμής και της καλής τους απόδοσης. Μπορείτε να επιλέξετε μία από τις λύσεις ημιαγωγών, αλλά στη συνέχεια θα πρέπει να ξοδέψετε μιάμιση έως δύο φορές περισσότερα χρήματα.