Pidevalt tõusvate elektrihindadega hakkate paratamatult mõtlema looduslike allikate kasutamisele toiteallikana. Üks neist võimalustest on päikesepaneelid teie koju või aeda. Soovi korral suudavad nad täielikult rahuldada kõik isegi suure maja vajadused.

Päikeseenergia toitesüsteemi projekteerimine

Päikese energia muundamine elektriks – see idee hoidis teadlasi pikka aega ärkvel. Pooljuhtide omaduste avastamisega sai see võimalikuks. Päikesepatareid kasutavad ränikristallid. Kui päikesevalgus neid tabab, tekib neis elektronide suunatud liikumine, mida nimetatakse elektrivooluks. Piisava arvu selliste kristallide ühendamisel saame üsna korralikud voolud: üks paneel, mille pindala on veidi üle meetri (1,3-1,4 m2 piisava valgustusega võib toota kuni 270 W (pinge). 24 V).

Kuna valgustus muutub olenevalt ilmast ja kellaajast, ei ole võimalik seadmeid otse päikesepaneelidega ühendada. Meil on vaja tervet süsteemi. Lisaks päikesepaneelidele on teil vaja:

• Aku. Päevasel ajal päikesevalguse mõjul tekitavad päikesepaneelid kodu või suvila jaoks elektrivoolu. Seda ei kasutata alati täielikult, selle ülejääk koguneb akusse. Kogunenud energia kulub ära kehva ilmaga.
• Kontroller. Pole kohustuslik osa, kuid soovitav (kui teil on piisavalt raha). Jälgib aku laetuse taset, et vältida selle liigset tühjenemist või maksimaalse laetuse taseme ületamist. Mõlemad tingimused on akule kahjulikud, seega pikendab kontrolleri olemasolu aku eluiga. Kontroller tagab ka päikesepaneelide optimaalse töö.
• DC-AC muundur (inverter). Kõik seadmed ei ole mõeldud alalisvoolu jaoks. Paljud töötavad vahelduvpingel 220 volti. Muundur võimaldab saada pinget 220-230 V.

Kodu päikesepaneelid on vaid osa süsteemist

Paigaldades oma koju või suvilasse päikesepaneelid, saate ametlikust tarnijast täiesti sõltumatuks. Kuid selleks peab teil olema suur hulk akusid, teatud arv patareisid. Komplekt, mis toodab 1,5 kW päevas, maksab umbes 1000 dollarit. Sellest piisab, et rahuldada suvila vajadus või osa maja elektriseadmetest. Päikesepaneelide komplekt 4 kW tootmiseks päevas maksab umbes 2200 dollarit, 9 kW päevas - 6200 dollarit. Kuna kodu päikesepaneelid on modulaarne süsteem, saate osta paigalduse, mis rahuldab osa vajadustest, suurendades järk-järgult selle tootlikkust.

Päikesepaneelide tüübid

Energiahindade tõustes muutub üha populaarsemaks idee kasutada päikeseenergiat elektri tootmiseks. Veelgi enam, tehnoloogia arenguga muutuvad päikesemuundurid tõhusamaks ja samal ajal ka odavamaks. Seega saate soovi korral oma vajadused rahuldada päikesepaneelide paigaldamisega. Kuid neid on erinevat tüüpi. Selgitame välja.

Päikesepatarei ise on hulk fotoelemente, mis asuvad ühises korpuses ja mida kaitseb läbipaistev esipaneel. Kodumajapidamises kasutamiseks toodetakse päikesepatareid räni baasil, kuna see on suhteliselt odav ja sellel põhinevatel elementidel on hea kasutegur (umbes 20-24%). Monokristallilised, polükristallilised ja õhukese kilega (painduvad) päikesepatareid on valmistatud ränikristallide baasil. Teatud arv neid fotoelemente on üksteisega elektriliselt ühendatud (jada ja/või paralleelselt) ja ühendatud korpusel asuvate klemmidega.

Fotoelemendid paigaldatakse suletud korpusesse. Päikesepatarei korpus on valmistatud anodeeritud alumiiniumist. See on kerge ja mittesöövitav. Esipaneel on valmistatud vastupidavast klaasist, mis peab taluma lume- ja tuulekoormust. Lisaks peavad sellel olema teatud optilised omadused – maksimaalse läbipaistvusega, et edastada võimalikult palju kiiri. Üldjuhul läheb peegelduse tõttu kaotsi märkimisväärne hulk energiat, mistõttu on klaasile esitatavad kvaliteedinõuded kõrged ning see on kaetud ka peegeldusvastase seguga.

Päikesepaneelide fotoelementide tüübid

Kodu päikesepaneelid on valmistatud kolme tüüpi ränielementidest;

Kui teil on viilkatus ja fassaad on lõuna või ida poole, pole mõtet hõivatud ruumile liiga palju mõelda. Sellega võivad hästi sobida polükristallilised moodulid. Sama toodetud energiakoguse eest maksavad need veidi vähem.

Kuidas valida oma kodu jaoks õige päikesepaneelide süsteem

Levinud on väärarusaamad, mis panevad kulutama lisaraha liiga kallitele seadmetele. Allpool on soovitused, kuidas päikesepaneelidest toitesüsteemi õigesti ehitada ja mitte kulutada lisaraha.

Mida osta

Kõik päikeseelektrijaama komponendid ei ole tööks elutähtsad. Mõned osad saab ka ilma teha. Need suurendavad töökindlust, kuid ilma nendeta töötab süsteem. Esimene asi, mida meeles pidada, on päikesepaneelide ostmine talve lõpus, kevade alguses. Esiteks on ilm sel ajal suurepärane, päikesepaistelisi päevi on palju, lumi peegeldab päikest, suurendades üldist valgustust. Teiseks kuulutatakse traditsiooniliselt sel ajal välja allahindlusi. Järgmised näpunäited.

Kui kasutate ainult neid näpunäiteid ja ühendate ainult püsiva pingega töötavaid seadmeid, maksab teie kodu päikesepaneelide süsteem palju tagasihoidlikuma summa kui odavaim komplekt. Kuid see pole veel kõik. Osa varustusest võid jätta “hilisemaks” või üldse ilma selleta hakkama.

Milleta saab hakkama?

Päikesepaneelide komplekti maksumus 1 kW kohta päevas on üle tuhande dollari. Märkimisväärne investeering. Tekib paratamatult küsimus, kas see on seda väärt ja milline on tasuvusaeg. Praeguste kursidega peate ootama rohkem kui ühe aasta, kuni saate oma raha tagasi. Kuid kulusid saab vähendada. Mitte kvaliteedi arvelt, vaid süsteemi töömugavuse mõningase languse ja selle komponentide valiku mõistliku lähenemise tõttu.

Seega, kui eelarve on piiratud, saab hakkama mitme päikesepaneeli ja akuga, mille võimsus on 20-25% suurem kui päikesepaneelide maksimaalne laetus. Seisukorra jälgimiseks osta autokell, mis mõõdab ka pinget. Nii ei pea te aku laetust mitu korda päevas mõõtma. Selle asemel peate aeg-ajalt oma kella vaatama. Alustuseks kõik. Tulevikus on võimalik soetada oma koju täiendavaid päikesepaneele ja suurendada akude arvu. Soovi korral saab osta inverteri.

Fotoelementide suuruse ja arvu määramine

Headel 12-voldistel päikesepaneelidel peaks olema 36 elementi ja 24-voldistel päikesepaneelidel 72 päikeseelementi. See kogus on optimaalne. Vähemate fotoelementidega ei saa te kunagi märgitud voolu. Ja see on parim valik.

Te ei tohiks osta kahekordseid päikesepaneele - vastavalt 72 ja 144 elementi. Esiteks on need väga suured, mis on transportimiseks ebamugav. Teiseks, ebatavaliselt madalatel temperatuuridel, mida me perioodiliselt kogeme, ebaõnnestuvad nad esimesena. Fakt on see, et lamineerimiskile väheneb külma ilmaga oluliselt. Suurtel paneelidel koorub see suure pinge tõttu maha või isegi puruneb. Läbipaistvus kaob ja tootlikkus langeb katastroofiliselt. Paneel on remondis.

Teine tegur. Suuremate paneelide puhul peaks korpuse ja klaasi paksus olema suurem. Suurenevad ju tuule- ja lumekoormused. Kuid seda ei tehta alati, kuna hind tõuseb oluliselt. Kui näete topeltpaneeli ja selle hind on madalam kui kahel "tavalisel", on parem otsida midagi muud.

Taaskord on parim valik 12-voldine kodune päikesepaneel, mis koosneb 36 päikesepatareist. See on praktikaga tõestatud parim valik.

Tehnilised andmed: mida otsida

Sertifitseeritud päikesepaneelid näitavad alati töövoolu ja -pinget, samuti lahtises ahelas pinget ja lühisvoolu. Tasub arvestada, et kõik parameetrid on tavaliselt näidatud temperatuuril +25°C. Päikesepaistelisel päeval katusel kuumeneb aku temperatuurini, mis on sellest näitajast oluliselt kõrgem. See seletab kõrgema tööpinge olemasolu.

Pöörake tähelepanu ka avatud vooluahela pingele. Tavalistes akudes on see umbes 22 V. Ja kõik oleks hästi, aga kui teha seadmetega töid ilma päikesepaneele lahti ühendamata, kahjustab tühipinge inverterit või muid ühendatud seadmeid, mis pole selliseks kasutamiseks mõeldud. Pinge. Seega igasuguste tööde tegemisel – juhtmete ümberlülitamine, akude ühendamine/lahtiühendamine jne. jne – esimese asjana tuleks päikesepaneelid lahti ühendada (klemmid eemaldada). Pärast vooluringi läbimist ühendate need viimasena. See protseduur säästab palju närve (ja raha).

Korpus ja klaas

Kodu päikesepaneelidel on alumiiniumkorpus. See metall ei korrodeeru ja on piisavalt tugev ja kaalult kerge. Tavaline kere tuleb kokku panna profiilist, mis sisaldab vähemalt kahte jäikust. Lisaks tuleb klaas sisestada spetsiaalsesse soonde, mitte kinnitada peal. Kõik need on normaalse kvaliteedi märgid.

Päikesepatarei valimisel pöörake tähelepanu klaasile. Tavalistes akudes pole see sile, vaid tekstureeritud. Puudutades on see kare; kui seda küüntega hõõruda, on kuulda kahinat. Lisaks peab sellel olema kvaliteetne kate, mis vähendab pimestamist. See tähendab, et selles ei tohiks midagi kajastada. Kui ümbritsevate objektide peegeldused on nähtavad mis tahes nurga all, on parem leida mõni muu paneel.

Kaabli ristlõike ja elektriühenduse peenuse valimine

Teie kodu päikesepaneelid tuleb ühendada ühetuumalise vaskkaabli abil. Kaabli ristlõige sõltub mooduli ja aku vahelisest kaugusest:

• kaugus alla 10 meetri:
  • 1,5 mm2 100 W päikesepatarei kohta;
  • kahe aku jaoks - 2,5 mm2;
  • kolm patareid - 4,0 mm2;
• kaugus üle 10 meetri:
  • ühe paneeli ühendamiseks võtame 2,5 mm2;
  • kaks - 4,0 mm2;
  • kolm - 6,0 mm2.

Võite võtta suurema ristlõike, kuid mitte väiksema (kaod on suured, kuid me ei vaja seda). Juhtmete ostmisel pöörake tähelepanu tegelikule ristlõikele, kuna tänapäeval ei vasta deklareeritud mõõtmed väga sageli tegelikele. Kontrollimiseks peate mõõtma läbimõõtu ja arvutama ristlõike (saate lugeda, kuidas seda teha).

Süsteemi kokkupanemisel saab sobiva ristlõikega mitmesoonelise kaabli abil joonistada päikesepaneelide plussid ja negatiivse jaoks kasutada ühte jämedat kaablit. Enne akudega ühendamist juhime kõik "plussid" läbi ühise katoodiga dioodide või dioodisõlmede. See hoiab ära aku lühise tekkimise (mis võib põhjustada tulekahju), kui akude ja aku vahelised juhtmed on lühises või katkenud.

Dioodid kasutavad tüüpe SBL2040CT, PBYR040CT. Kui neid ei leita, saate need personaalarvutite vanadest toiteallikatest eemaldada. Tavaliselt on SBL3040 vms. Soovitav on läbida dioode. Ärge unustage, et need lähevad väga kuumaks, nii et peate need paigaldama radiaatorile (võite kasutada ainult ühte).

Süsteem nõuab ka kaitsmekarpi. Üks iga tarbija kohta. Selle ploki kaudu ühendame kogu koormuse. Esiteks on süsteem turvalisem. Teiseks on probleemide ilmnemisel lihtsam selle allikat kindlaks teha (läbipõlenud kaitsme järgi).

Perovskiitkristallvõre CH3NH3PbI3

Wikimedia Commons

Ameerika teadlased on näidanud, et perovskiitidel põhinevates päikesepatareides suudavad liigse energiaga laengukandjad läbida märkimisväärse vahemaa, enne kui selle soojusena hajuvad. See tähendab, et kuumakandjatel on täiesti võimalik rakendada fotogalvaanilisi elemente, mille teoreetiline efektiivsuspiir on tavaliste räni omadest kaks korda kõrgem. Uuring avaldati ajakirjas Teadus.

Tänapäeva levinumates päikesepatareides, mis kasutavad pooljuhina räni, ületab teoreetiliselt võimalik kasutegur vaevalt 30 protsenti. See on tingitud asjaolust, et ränielemendid on võimelised kasutama ainult osa päikesevalguse spektrist. Alla läve jääva energiaga footonid lihtsalt ei neeldu ja liiga suure energiaga fotonid põhjustavad fotoelemendis nn kuumade laengukandjate (näiteks elektronide) moodustumist. Viimaste eluiga on umbes pikosekund (10–12 sekundit), seejärel "jahtuvad", st hajutavad üleliigse energia soojuse kujul. Kui kuumakandjaid saaks kokku koguda, tõstaks see teoreetilise efektiivsuse piiri 66 protsendini ehk kaks korda rohkem. Vaatamata asjaolule, et mõnes katses oli võimalik jälgida väikest energiasäästu, jäävad kuumakandjatel olevad elemendid siiski pigem hüpoteetilisteks.

Purdue ülikooli ja riikliku taastuvenergia laboratooriumi (USA) teadlased aitasid kaasa uue paljulubava perovskiitidel põhinevate fotogalvaaniliste elementide klassi uurimisele ja näitasid, et sellistes rakkudes ei ole kuumakanduritel mitte ainult pikem eluiga (kuni 100 pikosekundit), vaid on võimelised läbima ka märkimisväärseid, mitmesaja nanomeetriseid vahemaid (mis on võrreldav pooljuhtkihi paksusega).

Metallorgaanilised perovskiidid on saanud oma nime nende kristalse struktuuri järgi. See kordab sisuliselt loodusliku mineraali – perovskiidi ehk kaltsiumtitanaadi – struktuuri. Keemiliselt on need plii- ja orgaaniliste katioonide segahalogeniidid. Töö autorid kasutasid levinud perovskiiti, mis põhineb pliijodiidil ja metüülammooniumil. Lähtudes tõsiasjast, et perovskiitides pikeneb kuumakandjate eluiga võrreldes teiste pooljuhtidega oluliselt, otsustasid autorid välja selgitada, kui kaugele on võimalik kuumakandjaid nende jahutamise käigus edasi kanda. Ülikiire mikroskoopia abil suutsid teadlased otse jälgida kuumade kandjate transporti õhukestes perovskiitkiledes, millel on kõrge ruumiline ja ajaline eraldusvõime.

Kuumakandjate transport pooljuhis esimese pikosekundi jooksul pärast ergastamist

Guo jt / Teadus 2017

Selgus, et perovskiitide aeglane jahtumine on seotud ulatusega kuni 600 nanomeetrit. See tähendab, et üleliigse energiaga laengukandjad on teoreetiliselt suutelised ületama pooljuhtkihi ja jõudma elektroodini ehk neid saab koguda (töö autorid aga ei aruta, kuidas seda tehniliselt rakendada). Seega võib kuuma kandjaga päikesepatareid olla võimalik realiseerida, kasutades alusena perovskiite.

Praeguseks on maksimaalne efektiivsus, ulatudes 46%, registreeritud mitmekihiliste mitmekomponentsete fotogalvaaniliste elementide puhul, mis sisaldavad galliumarseniidi, indiumi, germaaniumi koos fosfori lisamisega. Sellised pooljuhid kasutavad valgust tõhusamalt, neelates spektri erinevaid osi. Nende tootmine on väga kallis, seetõttu kasutatakse selliseid elemente ainult kosmosetööstuses. Varem kirjutasime ka kaadmiumtelluriidil põhinevatest elementidest, mida saab toota painduvate ja õhukeste kilede kujul. Vaatamata sellele, et päikeseenergia kogupanus elektritootmisse ei ületa veel 1%, võib kasvutempot nimetada plahvatuslikuks. Taastuv päikeseenergia kasutamisest on eriti huvitatud sellised riigid nagu India ja Hiina. Google teatas 2016. aasta lõpus, et kavatseb sel aastal täielikult taastuvenergiale üle minna.

Praegu kasutatakse igapäevaelus peamiselt ränist päikesepatareid, mille tegelik kasutegur on 10–20 protsenti. Perovskiitidel põhinevad elemendid ilmusid vähem kui 10 aastat tagasi ja äratasid kohe väljateenitud huvi (neist oleme juba kirjutanud). Selliste elementide efektiivsus kasvab kiiresti ja on jõudnud peaaegu 25 protsendini, mis on võrreldav räni päikesepatareide parimate näidetega. Lisaks on neid väga lihtne toota. Vaatamata tehnoloogilisele edule on perovskiitelementide füüsikalisi tööpõhimõtteid suhteliselt vähe uuritud, seega annab Ameerika Ühendriikide teadlaste käsitletud töö olulise panuse fotogalvaanika põhiprintsiipidesse ja toob loomulikult kaasa väljavaateid veelgi suurendada. päikesepatareide efektiivsus.

Daria Spasskaja

Päikesepaneeli peetakse elektrienergia allikaks, mis töötab otse valgusvoost. Kui me räägime disainist, siis mis tahes päikesepaneel kujutab endast teatud komplekti fotoelemente, mis on omavahel ühendatud, asetatud kaitsvasse korpusesse ja kaetud esiklaaspaneeliga.

Mis on fotosilm

Fotoelement on pooljuhtelement, mis ühendab kahte tüüpi juhtivust, mida iseloomustab elektronide puudumine või liig:

• n — juhtivus;
• p on juhtivus.

See koosneb kahest pooljuhist, milles lähtematerjali elektronid neelavad päikesevoost saadud energiat, mis annab neile täiendava impulsi. Orbiidilt lahkudes tekitab elektronide suunatud vool pideva fotovoolu, mida kasutatakse praktilistel eesmärkidel.

Rakendus igapäevaelus

Selliste seadmete rakendusala on väga lai ja hõlmab erinevaid tööstusharusid, mille hulgas võib märkida järgmisi valdkondi:

• Mikroelektroonika (kellad, kalkulaatorid).
• Igapäevaelus kasutatav elektroonika (nutitelefonide, tahvelarvutite, sülearvutite välised akud).
• Elektriga varustamine nii eramajadesse kui ka kaugematesse piirkondadesse.
• Kasutamine mobiilsideseadmetes ja erinevates kompleksides.
• Autotööstus (elektrisõidukid).
• Kosmosetööstus (kosmosejaamad).

Kasutamise eelised

Muude alternatiivsete energiaallikate hulgas on päikesepaneelidel mitmeid vaieldamatuid eeliseid, nimelt:

• Need on lendumatu energiaallikas ega vaja kompleksset hooldust ega agregaatide või ühenduste väljavahetamist. Maksimaalne hooldus hõlmab klaasikatte puhastamist tekkivatest saasteainetest.
• Need töötavad iseseisvalt, ei vaja sisse-välja lülitamist ning on alati töökorras. Samuti on need müratud ja täiesti keskkonnasõbralikud.
• Lühike tasuvusaeg.
• Kasutusiga on võrdne 25 aastaga, samas kui elementide võimsus töötamise ajal ei vähene. Tootjate sõnul ei tohiks väljundvõimsust vähendada rohkem kui 5%.
• Nende kasutamisel on võimalik konfigureerida lõplik paigaldus sõltuvalt vajalikust võimsusest ja pingest, mida on teiste energiaallikatega problemaatiline teha.

Kasutatavate seadmete tüübid

Nagu juba mainitud, sisaldavad need kõik fotoelemente, mida saab esindada järgmiste pooljuhtidega:

Ränist päikesepaneelid

Praegu kasutatakse fotoelementide tootmiseks monokristallilist, polükristallilist ja amorfset räni.

• Valmistatud monokristallilisest ränist. Nagu nimigi ütleb, on nende seadmete põhimaterjal puhastatud räni. Välimuselt on need valmistatud kärgstruktuuri kujul, mis on ühendatud ühtseks struktuuriks. Struktuuriliselt puhastatud monokristalliline räni on kõige õhemad vahvlid (kuni 300 mikronit), mis on ühendatud elektroodvõrega. Nende peamine eelis on nende kõrge efektiivsus, mis võib ulatuda kuni 20%.
• Polükristallilised elemendid. Sellised tüübid on tänu lihtsamale tootmistehnoloogiale (räniaine jahutamine) palju odavamad kui eelmine versioon. Pange tähele, et polükristallide moodustumine sees toob kaasa asjaolu, et töö stabiilsus muutub oluliselt madalamaks ja lõplikud efektiivsusnäitajad ei ületa 18%.
• Amorfsest ränist valmistatud päikesepaneelid. Neid võib klassifitseerida kas kileks või räniks, kuna neis on peamine pooljuhtmaterjal silaan (või vesinikräni). Spetsiaalselt ettevalmistatud substraadile kantakse õhuke silaanikile, mis moodustab fotoelemendi. Hoolimata asjaolust, et efektiivsus on vaid umbes 5%, kasutatakse seda tüüpi laialdaselt. Fotoelemendid on hea valguse neelduvusega, tänu millele on nad vaatamata madalale efektiivsusele võimelised töötama otsese päikese puudumisel ja pilvise ilmaga. Sellega seoses kasutatakse monokristalliliste (või polükristalliliste) rakkude kombinatsiooni amorfsete rakkudega, kuna kokkupandavad sektsioonid on võimelised töötama mis tahes ilmastikutingimustes.

Kile päikesepaneelid

On kahte tüüpi:

• Põhineb kaadmiumtelluriidil. Neil on madal efektiivsus (kuni 10%) ja nende koostises on mürgine aine, kuid vaatamata sellele määrab nende populaarsuse nende madal hind. Vask-indium seleniidi baasil. Peamised rakkude loomiseks kasutatavad materjalid on vask, seleen ja indium. Need on ka üsna odavad, kuid nende efektiivsus on umbes 20%.
• Polümeer. Praegu on need populaarsemad oma odavuse ja kättesaadavuse tõttu. Pooljuhtidena kasutatakse polüfenüleeni või vaskftalotsüaniini. Kasutegur on vaid 5%, kuid tänu nende kättesaadavusele, paigaldamise ja paigaldamise lihtsusele ning keskkonnaohutusele kasutatakse neid mitte ainult tööstuslikul, vaid ka kodusel otstarbel.

Tõhusus

Alguses, isegi päikesepaneelide turule ilmumise etapis, oli efektiivsus üsna madal, kuid tänaseks on nende jõudlus tõusnud üsna kõrgele. Nüüd ulatub see monokristallilistel ränipatareidel 24%, polükristallilistel - 20%, õhukese kilega räni - 15% ja galliumarseniidil põhinevate õhukesekilega akude puhul - 24%. Mitmekihiliste päikesepaneelide puhul ulatub efektiivsus 30%-ni.

Kui pöördume selliste seadmete tootjate poole, esindavad parimaid kõrge efektiivsusega päikesepatareisid järgmised ettevõtted:

• Soitec & Fraunhoferi Instituudi loodud paneelid on täna kasutustõhususe poolest liidrid. Tõhusus ulatub uskumatult 46% -ni, kuid kolossaalsete kulude tõttu kasutatakse neid ainult teadus- ja kosmosevaldkonnas.
• Sharp on 55-aastase kogemusega vaieldamatu liider. Nad toodavad päikesepaneele peaaegu kõikidele tööstusharudele, alates kalkulaatoritest kuni kosmosejaamadeni. Nüüd ulatub nende toodetavate päikesepaneelide kasutegur 19,8%. Oma arendustes suutis ettevõte saavutada tootlikkuse 44,4%, kuid need tehnoloogiad on praegu ülikallid ja neid turul ei pakuta.
• Kolmandal kohal on Hispaania Instituut IES (Spanish Solar Research Institute). Neil õnnestus saavutada kasutegur 32,6%.

Kuid tagasi maa peale, ülaltoodud numbrid pärinevad kõrgtehnoloogia valdkonnast, mis ei ole veel saadaval äri- või elamukinnisvara jaoks. Kui valite oma koju päikesesüsteemi, ei ületa turul pakutavate kõige tõhusamate päikesepaneelide efektiivsus tõenäoliselt 20%. Omalt poolt saame soovitada pöörata tähelepanu sellistele tootjatele nagu Amonix, Sun Power, SunTech Power, Q-Cells, Sanyo ja First Solar.

Kuidas päikesepaneelide arvu õigesti arvutada

Kodus paigaldatavate akude arvu määramiseks peate arvestama järgmiste teguritega:

• Arvutage majas vajalik elektrienergia kogus.
• Sõltuvalt asukohast (piirkonnast) selgitada päikesekiirguse taset aastaringselt. Tavaliselt on andmed saadaval kohalikest ilmateenistustest.
• Arvutage võimsus päevas. Sel juhul on vaja arvestada aku laadimise kadudega (mitte rohkem kui 20%) - W.
• Võttes arvesse suve- ja talvekoefitsiente, saada ühe lõigu võimsus (väljund) päevas N, kusjuures suvine parandustegur on 0,5 ja talvine parandustegur on 0,7.
• Jagades W N-ga, saame elektrivajaduse rahuldamiseks vajaliku arvu patareisid.

Arvutamisel võib hinnata, et Kesk-Venemaa piirkondade jaoks on talvel vajalikku elektrit tagavate vajalike paneelide arv mitu korda suurem kui suvel.

Samal ajal ei mõjuta tootmist mitte ainult üksiku sektsiooni võimsus, vaid ka selle kaldenurk, pöördajamite ja kontsentreerimisseadmete olemasolu või puudumine. Igal juhul, kui elektritootmine on ebapiisav, saab sektsioonide arvu suurendada, mis aitab probleemi lahendada.

Päikesepaneelide efektiivsuse tõstmine

Võttes arvesse asjaolu, et nende tõhusus on üsna madal, seisavad tootjad ja ka kasutajad silmitsi terava probleemiga seda suurendada. Päikesepaneelide tõhusus sõltub paljudest teguritest, seetõttu peaksite tõhususe ja tootlikkuse suurendamiseks järgima järgmisi punkte:

• Õige materjali valik. Erinevalt polükristallilistest mudelitest võivad indium-gallium või kaadmium-telluuri rakud oluliselt tõsta tootlikkust.
• Sektsiooni pinna õige positsioneerimine valgusvoo suhtes täisnurga all, mis saavutatakse spetsiaalsete ajamite ja valguse suunale reageerivate andurite paigaldamisega.
• Nagu kõigi teiste seadmete puhul, on ülekuumenemine äärmiselt ohtlik, seetõttu tuleb koos paneelide paigaldamisega varustada nende ventilatsiooni- ja jahutussüsteem.
• Vältige läheduses asuvate kõrgete objektide varje, kuna see võib installatsiooni jõudlust mitu korda vähendada.
• Töötingimused, kõikide juhtpaneelidesse kuuluvate komponentide (ajamid, kontrollerid, inverterid, akud jne) korrektne ja õigeaegne hooldus.

Loomulikult ei lahenda päikesepaneelide paigaldamine täielikult autonoomse toiteallika probleemi vajaliku koguse elektrienergiaga, kuid see aitab suurendada selle tootmist vähemalt mõne elektriseadme toiteks.

Lisamise kuupäev: 30.04.2015

Tänapäeval areneb taastuvenergia, eriti seal, kus kasutatakse päikeseenergiat, väga intensiivselt. Sellega seoses jätkub aktiivne meetodite ja seadmete otsimine, suurendades olemasolevate süsteemide tootlikkust, võimaldades päikeseenergia kõige tõhusamalt muundada elektrienergiaks. Siin saab eristada kahte suunda - päikesekiirguse otsene muundamine elektrivooluks ja päikeseenergia korduv muundamine soojuseks, seejärel mehaaniliseks tööks ja seejärel elektriks. Seni on paremaid tulemusi saavutatud teises suunas - tööstuslikud päikesejaamad koos kontsentraatorite, turbiinide või Stirlingi mootoritega näitavad suurepärast tootlikkust päikeseenergia muundamisel. Nii saadi New Mexicos töötavas päikesekontsentraatorite ja Stirlingi mootoritega päikesejaamas väljundefektiivsuseks 31,25%, võttes arvesse energiakulu orientatsioonisüsteemile jne.

Kuid sellised päikesepatareipaigaldised on äärmiselt keerulised ja kallid, on tõhusad väga kõrge päikesekiirguse tingimustes ega ole maailmas veel piisavalt arenenud. Seetõttu on päikesekiirguse otsesed muundurid - päikesepaneelid , on paigalduste ja rakenduste osas päikeseenergia maailmas juhtival kohal. Seeriatööstuslike päikesepaneelide tootlikkus jääb tänapäeval olenevalt tehnoloogiast vahemikku 7-20%. Tehnoloogiad ei seisa paigal, need arenevad ja täiustuvad, juba arendatakse ja katsetatakse uusi rakke, mis on vähemalt kaks korda tootlikumad kui olemasolevad. Proovime lühidalt käsitleda fotogalvaaniliste paneelide, tehnoloogiate ja nende tootlikkuse arendamise põhisuundi.

Valdav enamus tänapäevaste jadafotomoodulite päikesemuunduri elemente on valmistatud monokristallilisest (C-Si) või polükristallilisest (MS-Si) ränist. Tänapäeval hõivavad sellised ränist fotogalvaanilised moodulid umbes 90% fotogalvaaniliste muundurite turust, millest ligikaudu 2/3 on polükristalliline räni ja 1/3 monokristalliline räni. Järgmiseks tulevad päikesemoodulid, mille fotoelemendid on valmistatud õhukese kiletehnoloogia abil – sadestamise ehk valgustundlike ainete pihustamise meetodil erinevatele aluspindadele. Nendest elementidest valmistatud moodulite oluliseks eeliseks on nende madalam tootmiskulu, kuna need nõuavad ligikaudu 100 korda vähem materjali võrreldes räniplaatidega. Ja seni on kõige vähem esindatud nn tandem- ehk multijunktsioonilised päikesepatareid.

Erinevate tehnoloogiate fotogalvaaniliste paneelide turuosad:

Ränist kristalsed fotomoodulid.

Ränimooduli elementide efektiivsus on tänapäeval umbes 15 - 20% (polükristallid - monokristallid). See arv tervikuna võib peagi tõusta mitme protsendi võrra. Näiteks üks maailma suurimaid kristallilise räni moodulite tootjaid SunTech Power on teatanud kavatsusest tuua järgmise paari aasta jooksul turule fotogalvaanilised moodulid, mille efektiivsus on 22%. Olemasolevate monokristalliliste rakkude laboriproovide tootlikkus on 25%, polükristallilised - 20,5%. Räni ühendamise (p-n) elementide teoreetiline maksimaalne efektiivsus on 33,7%. Kuigi seda pole saavutatud, on tootjate peamiseks ülesandeks lisaks elementide efektiivsuse tõstmisele tootmistehnoloogia täiustamine ja fotomoodulite maksumuse vähendamine.

Eraldi on paigutatud Sanyo fotomoodulid, mis on toodetud HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) tehnoloogia abil, kasutades mitut ränikihti, sarnaselt mitmekihiliste tandemelementidega. Selliste ühekristallilisest C-Si-st ja mitmest nanokristallilisest nc-Si-st valmistatud elementide efektiivsus on 23%. See on tänapäeval kõrgeim efektiivsusnäitaja jadakristallmoodulite, omamoodi nanopäikesepatareide elementide jaoks.

Õhukese kilega päikesepatareide efektiivsus.

See nimi viitab mitmele erinevale tehnoloogiale, mille toimivust käsitletakse lühidalt. Praegu on anorgaanilise kilega päikesepatareid kolme peamist tüüpi – amorfse räni (a-Si) kiled, kaadmiumtelluriidi (CdTe) kiled ja vask-indiumgalliumseleniidi (CuInGaSe2 või CIGS) kiled. Kaasaegsete amorfsel ränil põhinevate õhukese kilega päikesepatareide efektiivsus on umbes 10%, kaadmiumtelluriidil põhinevate fotomoodulite - 10-11% (First Solari ettevõte), vask-indium-galliumseleniidi baasil - 12-13% (Jaapani päikeseenergia). moodulid SOLAR FRONTIER). Eelseeria elementide efektiivsusnäitajad: CdTe efektiivsus on 15,7% (MiaSole moodulid), CIGS rakkude efektiivsus on 18,7% (EMPA). Üksikute õhukese kilega päikesepatareide efektiivsus on palju suurem, näiteks amorfsete ränielementide laboratoorsete proovide jõudluse andmed on 12,2% (United Solar), CdTe elemendid - 17,3% (First Solar), CIGS elemendid - 20,5%. (ZSW). Seni on muude õhukese kiletehnoloogiate hulgas amorfse räni plii õhukestel kiledel põhinevad päikesemuundurid - õhukese kilega Si elementide globaalne turumaht on umbes 80%, kaadmiumtelluriidil põhinevad päikesepatareid umbes 18%. turul ja vask-indium-galliumseleniidi turuosa on 2%. Selle põhjuseks on ennekõike tooraine hind ja kättesaadavus, samuti omaduste suurem stabiilsus kui mitmekihilistes struktuurides. Räni on ju üks levinumaid elemente maakoores, indiumi (CIGS-elemendid) ja telluuriumi (CdTe-elemendid) aga hajutatakse ja kaevandatakse väikestes kogustes. Lisaks on kaadmium (CdTe-elemendid) mürgine, kuigi kõik selliste päikesemoodulite tootjad garanteerivad oma toodete täieliku ringlussevõtu. Samuti toimub õhukese kilega moodulite elementide lagunemisprotsess kiiremini kui kristalsetes rakkudes. Anorgaanilistel õhukestel kiledel põhinevate fotoelektriliste muundurite edasiarendamine on seotud tootmistehnoloogia täiustamise ja nende parameetrite stabiliseerimisega.

Õhukese kilega päikesepatareide hulka kuuluvad ka orgaanilised/polümeersed õhukese kilega valgustundlikud elemendid ja sensibiliseeritud värvained. Selles suunas on päikesepatareide kommertskasutus endiselt piiratud, kõik on laborifaasis, samuti tehnoloogia täiustamisel tulevase masstootmise jaoks. Mitmed allikad on teatanud, et orgaanilistel muunduritel põhinevate elementide efektiivsus on jõudnud üle 10%: Saksa firma Heliatek - 10,7%, California ülikool UCLA - 10,6%. Rühm teadlasi EPFLi laborist saavutas sensibiliseeritud värvainetest valmistatud rakkude efektiivsuse 12,3%. Üldiselt peetakse orgaaniliste õhukese kilega elementide, aga ka valgustundlike värvainete suunda üheks paljutõotavamaks. Regulaarselt tehakse avaldusi järjekordse efektiivsusrekordi saavutamise kohta, tehnoloogia väljub laborite seintest ja peagi katab kõik saadaolevad pinnad ülitõhusate ja odavate päikesemuunduritega – firmad Konarka, Dyesol, Solarmer Energy. Töö on keskendunud karakteristikute stabiilsuse suurendamisele ja tehnoloogia maksumuse vähendamisele.

Mitmeühendusega (mitmekihiline, tandem) päikesepaneelide omadused.

Sellistest elementidest valmistatud rakud sisaldavad mitmesuguste materjalide kihte, mis moodustavad mitu p-n-ristmikku. Ideaalsel päikesepatareil oleks teoreetiliselt sadu erinevaid kihte (pn-siirdeid), millest igaüks on häälestatud väikesele valguse lainepikkuste vahemikule kogu spektri ulatuses, ultraviolettkiirgusest infrapunani. Iga üleminek neelab päikesekiirgust kindlal lainepikkusel, kattes seega kogu spektri. Selliste elementide peamised materjalid on galliumi ühendid (Ga) - galliumindiumfosfiid, galliumarseniid jne.

Üheks privaatseks lahenduseks kogu päikesespektri teisendamiseks on päikesevalguse spektriteks lagundavate prismade kasutamine, keskendudes erineva kiirguse muundamise ulatusega ühe ristmikuga elementidele. Hoolimata asjaolust, et mitme ristmikuga päikesepatareide alased uuringud on kestnud juba kaks aastakümmet ja sellistest elementidest pärinevad fotomoodulid töötavad kosmoses edukalt (jaama Mir päikesepatareid, Mars Exploration Rover jt), on nende praktiline maise kasutuse saavutanud. algas suhteliselt hiljuti. Esimesed sellistel elementidel põhinevad kommertstooted tulid turule mitu aastat tagasi ja näitasid suurepäraseid tulemusi ning sellesuunalised uuringud tõmbavad pidevalt tähelepanu. Fakt on see, et kahekihiliste rakkude teoreetiline efektiivsus võib olla 42% kasutegur, kolmekihiliste rakkude efektiivsus 49% ja lõpmatu arvu kihtidega rakud - 68% fokuseerimata päikesevalgusest. Lõpmatu arvu kihtidega elementide tootlikkuse piir on kontsentreeritud päikesekiirguse rakendamisel 86,8%. Tänapäeval on mitmeühendusega elementide praktilised efektiivsustulemused fokuseerimata päikesevalguses suurusjärgus 30%. Sellest ei piisa selliste elementide tootmiskulude kompenseerimiseks – mitmeühendusega elemendi maksumus on ligikaudu 100 korda kõrgem kui sarnase pindalaga ränielemendi oma, nii et mitmeühendusega elemendi moodulite konstruktsioonides kasutatakse valguse fokusseerimiseks 500–1000 korda kontsentraatoreid. Fresneli läätse ja paraboolpeegli kujul olev kontsentraator kogub päikesevalgust raku pindalast 1000 korda suuremalt alalt. Kontsentraatoreid (CPV) kasutavatest multiühenduselementidest valmistatud fotomoodulite kogumaksumus langeb odavate läätsede ja substraatide tõttu märkimisväärselt, kompenseerides elemendi enda kõrged tootmiskulud. Samal ajal tõuseb raku tootlikkus kuni 40%.

Päikesepatareide omadused. Näiteks 5,5 mm x 5,5 mm mõõtmetega SolFocuse elementide efektiivsus on kontsentraatorite kasutamisel 40%; ja keskmised lahtrite suurused CPV-süsteemides on vahemikus 5,5 mm x 5,5 mm kuni 1 cm x 1 cm. Mis on sellel pistmist 1 cm tootmisega? rakud vajavad 1/1000 toormaterjali, võrreldes kristallilisest ränist valmistatud sarnase tootlikkusega rakuga. Selleks, et mitme ristmikuga elemendid töötaksid maksimaalse efektiivsusega, on vajalik pidevalt kõrge päikesekiirguse intensiivsus, selleks kasutatakse CPV-süsteemide kaheteljelisi orientatsioonisüsteeme. Kontsentraatoritega mitme ühenduskohaga elementide moodulitel põhinevate päikeseparkide kasutuselevõtu asukohad on kõrge päikesekiirgusega piirkonnad.

Laboratoorsetes tingimustes kontsentraatorite abil saadud mitmeühendusega elementide maksimaalne efektiivsus on praegu 43,5% (Solar Junction) ja prognooside kohaselt tõuseb see järgmise paari aasta jooksul 50%ni.

Nagu näeme, on tänapäeval kõrge tootlikkusega päikesepatareid, mis on toodetud erinevate tehnoloogiate abil ning tootjate peamiseks ülesandeks on lõpptoote maksumuse vähendamine ja laboriuuringute kohandamine masstootmiseks. Hoolimata õhukesekileliste päikesepatareide vähesest toorainekulust on osade eri tüüpi komponentide maksumus üsna kõrge, nagu ka tootmistehnoloogiad ise energiamahukad. Parameetrite pikaajaline stabiilsus jääb küsitavaks. Mitmeühendusega päikesepatareid on endiselt väga kallid ja nende maksimaalseks tõhusaks tööks on vaja ka päikesekiirguse suuremat kontsentratsiooni. Seetõttu on kristallilise räni elemendid lähitulevikus fotogalvaaniliste muundurite turul liidripositsioonil, mille hind langeb. Need asendatakse ainult tõhusate ja odavate õhukese kilega moodulitega, mis võivad olla valmistatud polümeersetest pooljuhtidest või valgustundlikest värvainetest. Kuid selle või teise tehnoloogia arengu prognoosimine ei ole tänuväärne ülesanne. Oota ja vaata.