Účinnosť solárnych panelov rôznych typov a spôsoby, ako ju zlepšiť. Solárne panely s rekordnou účinnosťou

S neustále rastúcimi cenami elektriny nevyhnutne začnete uvažovať o využití prírodných zdrojov na dodávku elektriny. Jednou z týchto príležitostí sú solárne panely pre dom alebo letné sídlo. Na želanie dokážu zabezpečiť úplne všetky potreby aj veľkého domu.

Zariadenie napájacieho systému zo solárnych panelov

Premena slnečnej energie na elektrinu - táto myšlienka dlho nedala vedcom spať. S objavom vlastností polovodičov sa to stalo možným. Kremíkové kryštály sa používajú v solárnych článkoch. Keď na ne dopadá slnečné svetlo, vzniká v nich usmernený pohyb elektrónov, ktorý sa nazýva elektrický prúd. Pri pripojení dostatočného počtu takýchto kryštálov získame celkom slušné prúdy: jeden panel s plochou o niečo viac ako meter (1,3-1,4 m2 s dostatočnou úrovňou osvetlenia môže produkovať až 270 W ( napätie 24 V).

Keďže sa osvetlenie mení v závislosti od počasia, dennej doby, nie je možné priamo pripojiť zariadenia k solárnym panelom. Potrebujete celý systém. Okrem solárnych panelov potrebujete:

• Batéria. Počas denného svetla solárne panely pod vplyvom slnečného žiarenia vyrábajú elektrinu pre dom, chatu. Nie vždy sa využíva naplno, jeho prebytky sa hromadia v batérii. Nahromadená energia sa vynakladá nepriaznivé počasie.
• Ovládač. Nie je to povinná súčasť, ale žiaduca (s dostatočnými finančnými prostriedkami). Monitoruje úroveň nabitia batérie, aby sa zabránilo nadmernému vybitiu alebo prekročeniu maximálnej úrovne nabitia. Obe tieto podmienky sú pre batériu škodlivé, takže ak máte ovládač, životnosť batérie sa predlžuje. Regulátor tiež zabezpečuje optimálnu prevádzku solárnych panelov.
• DC/AC prevodník (invertor). Nie všetky zariadenia sú určené na jednosmerný prúd. Mnohé pracujú so striedavým napätím 220 voltov. Prevodník umožňuje získať napätie 220-230 V.

Solárne panely pre domácnosť - len časť systému

Inštaláciou solárnych panelov pre váš dom alebo letnú chatu sa môžete stať úplne nezávislými od oficiálneho dodávateľa. Ale na to musíte mať veľké množstvo batérií, určitý počet batérií. Súprava, ktorá produkuje 1,5 kW za deň, stojí asi 1 000 dolárov. To stačí na uspokojenie potrieb letného domu alebo časti elektrického zariadenia v dome. Sada solárnych panelov na výrobu 4 kW za deň stojí asi 2200 dolárov, za 9 kW za deň - 6200 dolárov. Keďže solárne panely pre domácnosť sú modulárny systém, môžete si kúpiť inštaláciu, ktorá bude zabezpečovať časť potrieb a postupne zvyšovať jej výkon.

Typy solárnych panelov

S rastúcimi cenami energie sa myšlienka využitia solárnej energie na výrobu elektriny stáva čoraz populárnejšou. Navyše s rozvojom technológií sú solárne konvertory stále efektívnejšie a zároveň lacnejšie. Takže, ak chcete, môžete svoje potreby zabezpečiť inštaláciou solárnych panelov. Ale sú rôznych typov. Poďme na to.

Samotná solárna batéria je niekoľko fotobuniek, ktoré sú umiestnené v spoločnom kryte, chráneného priehľadným predným panelom. Pre domáce použitie sa fotobunky vyrábajú na báze kremíka, pretože je relatívne lacný a prvky na ňom založené majú dobrú účinnosť (asi 20-24%). Na báze kremíkových kryštálov sa vyrábajú monokryštálové, polykryštalické a tenkovrstvové (flexibilné) fotobunky. Mnohé z týchto fotobuniek sú navzájom elektricky spojené (sériovo a/alebo paralelne) a privedené na svorky umiestnené na kryte.

Fotobunky sú inštalované v uzavretom kryte. Telo solárneho panelu je vyrobené z eloxovaného hliníka. Je ľahký a nekoroduje. Predný panel je vyrobený z odolného skla, ktoré musí odolať zaťaženiu snehom a vetrom. Okrem toho musí mať určité optické vlastnosti – mať maximálnu priehľadnosť, aby prepustila čo najviac lúčov. Vo všeobecnosti sa odrazom stráca značné množstvo energie, preto sú požiadavky na kvalitu skla vysoké a navyše je potiahnuté antireflexnou zmesou.

Typy fotobuniek pre solárne panely

Solárne panely pre domácnosť sú vyrobené na báze troch typov kremíkových článkov;

Ak máte šikmú strechu a fasáda je otočená na juh alebo východ, nemá zmysel príliš premýšľať o obsadenej ploche. Polykryštalické moduly môžu dobre vyhovovať. Pri rovnakom množstve vyrobenej energie stoja o niečo menej.

Ako si vybrať správny solárny systém pre váš domov

Existujú bežné mylné predstavy, ktoré vás nútia míňať peniaze navyše na nákup príliš drahého vybavenia. Nižšie sú uvedené odporúčania, ako správne postaviť solárny systém a nemíňať peniaze navyše.

Čo kúpiť

Nie všetky komponenty solárnej elektrárne sú životne dôležité pre prevádzku. Niektoré časti je možné úplne vynechať. Slúžia na zvýšenie spoľahlivosti, no bez nich je systém prevádzkyschopný. Prvá vec, ktorú si treba zapamätať, je nákup solárnych panelov na konci zimy, začiatkom jari. Po prvé, počasie je v tomto čase vynikajúce, je veľa slnečných dní, sneh odráža slnko, čím sa zvyšuje celkové osvetlenie. Po druhé, v tomto čase sa tradične oznamujú zľavy. Ďalšie tipy sú:

Ak použijete iba tieto tipy a pripojíte iba spotrebiče, ktoré pracujú na konštantnom napätí, systém solárnych panelov pre váš dom bude stáť oveľa skromnejšie ako najlacnejšia súprava. To však nie je všetko. Časť vybavenia si môžete nechať „na neskôr“ alebo sa bez neho dokonca zaobísť.

Bez čoho sa nezaobídeš

Náklady na sadu solárnych panelov na 1 kW za deň sú viac ako tisíc dolárov. Značná investícia. Mimovoľne sa zamyslíte nad tým, či sa vám to oplatí a aká bude doba návratnosti. Pri súčasných tarifách bude čakanie na vrátenie peňazí trvať dlhšie ako jeden rok. Náklady sa však dajú znížiť. Nie kvôli kvalite, ale kvôli miernemu poklesu komfortu používania systému a kvôli rozumnému prístupu k výberu jeho komponentov.

Ak je teda rozpočet obmedzený, vystačíte si s niekoľkými solárnymi panelmi a batériami, ktorých kapacita je o 20-25% vyššia ako maximálne nabitie solárnych panelov. Na sledovanie stavu si kúpte autohodiny, ktoré merajú aj napätie. Ušetrí vám to meranie nabitia batérie niekoľkokrát denne. Namiesto toho sa budete musieť z času na čas pozrieť na hodiny. To je na začiatok všetko. V budúcnosti si môžete kúpiť solárne panely pre dom, zvýšiť počet batérií. V prípade potreby si môžete kúpiť invertor.

Určite veľkosť a počet fotobuniek

Dobré solárne panely pre 12 voltov by mali mať 36 článkov, pre 24 voltov - 72 fotobuniek. Toto množstvo je optimálne. S menším počtom fotobuniek nikdy nedosiahnete deklarovaný prúd. A toto je najlepšia možnosť.

Nemali by ste kupovať duálne solárne panely - 72 a 144 prvkov, resp. Po prvé, sú veľmi veľké, čo je počas prepravy nepohodlné. Po druhé, pri abnormálne nízkych teplotách, s ktorými sa pravidelne stretávame, zlyhávajú ako prvé. Faktom je, že laminovacia fólia počas mrazu výrazne klesá. Na veľkých paneloch sa vplyvom vysokého napätia odlupuje alebo dokonca láme. Stráca sa transparentnosť, produktivita katastrofálne klesá. Panel sa opravuje.

Druhý faktor. Na veľkých paneloch by mala byť hrúbka tela a skla väčšia. Koniec koncov, zaťaženie vetrom a snehom sa zvyšuje. Ale nie vždy sa to robí, pretože cena výrazne stúpa. Ak vidíte duálny panel a jeho cena je nižšia ako za dva „bežné“, je lepšie sa poobzerať po niečom inom.

Najlepšou voľbou je opäť 12-voltový solárny panel do domácnosti pozostávajúci z 36 fotovoltaických článkov. Toto je najlepšia možnosť, overená praxou.

Špecifikácie: čo hľadať

V certifikovaných solárnych paneloch je vždy uvedený prevádzkový prúd a napätie, ako aj napätie naprázdno a skratový prúd. Je potrebné poznamenať, že všetky parametre sú zvyčajne špecifikované pre teplotu +25 ° C. Počas slnečného dňa na streche sa batéria zohreje na teploty výrazne nad touto hodnotou. To vysvetľuje prítomnosť vyššieho prevádzkového napätia.

Dávajte pozor aj na napätie naprázdno. V normálnych batériách je to asi 22 V. A všetko by bolo v poriadku, ale ak vykonávate prácu na zariadení bez vypnutia solárnych panelov, napätie naprázdno vyradí z prevádzky menič alebo iné pripojené zariadenie, ktoré nie je na to určené. napätie. Preto pri akejkoľvek práci - prepínanie vodičov, pripájanie / odpájanie batérií atď. atď. - prvá vec, ktorú by ste mali urobiť, je vypnúť solárne panely (odstrániť svorky). Po prejdení okruhu ich pripojte ako posledné. Tento postup vám ušetrí veľa nervov (a peňazí).

Puzdro a sklo

Solárne panely pre domácnosť majú hliníkové puzdro. Tento kov nekoroduje, pri dostatočnej pevnosti má malú hmotnosť. Bežný trup musí byť zostavený z profilu, ktorý obsahuje aspoň dve výstužné rebrá. Okrem toho musí byť sklo vložené do špeciálnej drážky a nie pripevnené zhora. To všetko sú znaky normálnej kvality.

Aj pri výbere solárnej batérie dávajte pozor na sklo. V bežných batériách nie je hladká, ale textúrovaná. Na dotyk - drsný, ak si prejdete nechtami, ozve sa šuchot. Okrem toho by mal mať kvalitný náter, ktorý minimalizuje odlesky. To znamená, že by sa v ňom nemalo nič odrážať. Ak sú odrazy okolitých predmetov viditeľné aspoň pod nejakým uhlom, je lepšie nájsť si iný panel.

Výber prierezu kábla a jemnosti elektrického pripojenia

Solárne panely pre dom je potrebné prepojiť jednožilovým medeným káblom. Prierez jadra kábla závisí od vzdialenosti medzi modulom a batériou:

• vzdialenosť menšia ako 10 metrov:
  • 1,5 mm2 na 100 W solárny panel;
  • pre dve batérie - 2,5 mm2;
  • tri batérie - 4,0 mm2;
• vzdialenosť viac ako 10 metrov:
  • na pripojenie jedného panelu berieme 2,5 mm2;
  • dva - 4,0 mm2;
  • tri - 6,0 mm2.

Môžete si vziať väčšiu časť, ale nie menej (budú veľké straty, ale nepotrebujeme to). Pri nákupe drôtov dávajte pozor na skutočný prierez, pretože dnes deklarované rozmery veľmi často nezodpovedajú skutočným. Ak chcete skontrolovať, budete musieť zmerať priemer a spočítať prierez (môžete si prečítať, ako to urobiť).

Pri montáži systému je možné realizovať plusy solárnych panelov pomocou viacžilového kábla vhodného úseku a použiť jeden hrubý kábel pre mínus. Pred pripojením k batériám prejdeme všetky „plusy“ cez diódy alebo diódové zostavy so spoločnou katódou. Tým sa zabráni skratu batérie (môže spôsobiť požiar), ak sú vodiče medzi batériami a batériou skratované alebo prerušené.

Diódy používajú typ SBL2040CT, PBYR040CT. Ak ich nenájdete, môžete ich odstrániť zo starých napájacích zdrojov pre osobné počítače. Zvyčajne tam stojí SBL3040 alebo podobný. Je žiaduce prechádzať diódami. Nezabudnite, že sú veľmi horúce, takže ich musíte namontovať na radiátor (môžete použiť jeden).

Systém potrebuje aj poistkovú skrinku. Jeden pre každého používateľa. Cez tento blok pripojíme celú záťaž. Po prvé, systém je bezpečnejší. Po druhé, ak sa vyskytnú problémy, je ľahšie určiť ich zdroj (podľa spálenej poistky).

Nízka účinnosť solárnych batérií je jednou z hlavných nevýhod moderných solárnych systémov. K dnešnému dňu je jeden štvorcový meter fotobunky schopný generovať asi 15-20% výkonu žiarenia, ktoré naň dopadá.

Takýto vývoj vyžaduje inštaláciu veľkých batérií pre plné napájanie. Navyše, aby sa dosiahlo požadované výstupné napätie, sú navzájom zapojené sériovo alebo paralelne. V tomto prípade môže ich plocha dosahovať od niekoľkých metrov štvorcových.

Účinnosť solárnych panelov závisí od mnohých faktorov:

• materiál fotobunky;
• hustota slnečného toku;
• sezóna;
• teplota;
• atď.

Povedzme si viac o každom faktore.

Materiál fotobunky

Sú rozdelené do troch typov v závislosti od spôsobu tvorby atómu kremíka:

• polykryštalický;
• monokryštalický;
• amorfné kremíkové panely.

Polykryštalické panely sú vyrobené z čistého kremíka a majú pomerne vysokú účinnosť - 14-17%.

Monokryštalické panely sú menej účinné pri premene slnečnej energie. Ich účinnosť je asi 10-12%. Nízka spotreba energie na výrobu takýchto meničov ich však robí cenovo dostupnejšími.

Amorfné kremíkové (alebo tenkovrstvové) panely sa vyrábajú jednoducho a lacno, a preto sú cenovo dostupné. Ich účinnosť je však oveľa nižšia ako u predchádzajúcich dvoch typov - 5-6%. Okrem toho prvky tenkovrstvových kremíkových meničov časom strácajú svoje vlastnosti.

Tenkovrstvové batérie sa vyrábajú aj s časticami medi, india, gália a selénu. To mierne zvyšuje ich výkon.

Pracujte za každého počasia

Graf závislosti výkonu od poveternostných podmienok Tento ukazovateľ závisí od geografickej polohy panelu: čím bližšie k rovníku, tým vyššia je hustota slnečného žiarenia.

V zime sa výkon solárnych článkov môže znížiť 2 až 8 krát. Vysvetľuje sa to predovšetkým nahromadením snehu na nich, skrátením trvania a počtu slnečných dní.

Dôležité mať na pamäti: v zime sledujte sklon panelov, pretože slnko je nižšie ako zvyčajne.

Podmienky pre efektívnu prácu

Aby batéria fungovala efektívne, musíte vziať do úvahy niekoľko nuancií:

• uhol batérie voči slnku;
• teplota;
• absencia tieňa.

Uhol medzi pracovnou plochou prevodníka a slnečnými lúčmi by mal byť blízky priamke. V tomto prípade bude účinnosť fotobuniek, ak sú ostatné veci rovnaké, maximálna. Na zvýšenie účinnosti je okrem nich inštalovaný aj systém sledovania slnka, ktorý mení sklon vzhľadom k polohe hviezdy. Ale to je zriedkavé kvôli vysokým nákladom na vybavenie.

Solárne panely sú unikátnym systémom, ktorý premieňa slnečné lúče na elektrickú a tepelnú energiu. Rastúci dopyt po solárnych produktoch je dnes spôsobený ich rýchlou návratnosťou a trvanlivosťou, dostupnosťou chladiacej kvapaliny. Aké napätie však dokážu vyprodukovať solárne panely? O tom, ako efektívne sú solárne systémy a čo určuje ich účinnosť - prečítajte si článok.

Solárne panely s vysokou účinnosťou: typy meničov

Účinnosť solárnych panelov je hodnota, ktorá sa rovná pomeru výkonu elektriny k výkonu slnečných lúčov dopadajúcich na panel zariadenia. Moderné solárne panely majú účinnosť v rozmedzí od 10 do 45 %. Takýto veľký rozdiel je spôsobený rozdielmi medzi materiálmi výroby a dizajnom dosiek batérie.

Takže solárne panely môžu byť:

• tenký film;
• Multijunction.

Solárne batérie posledného typu sú dnes najdrahšie, ale aj najproduktívnejšie. Je to spôsobené tým, že každý prechod v doske absorbuje vlny s určitou vlnovou dĺžkou. Zariadenie teda pokrýva celé spektrum slnečného žiarenia. Maximálna účinnosť batérií s multi-prechodovými panelmi, získaná v laboratórnych podmienkach, je 43,5 %.

Energetickí inžinieri s istotou tvrdia, že o niekoľko rokov sa toto číslo zvýši na 50 %. Účinnosť tenkovrstvových platní závisí vo väčšej miere od materiálu ich výroby.

Tenkovrstvové solárne panely sú teda rozdelené do nasledujúcich typov:

• kremík;
• kadmium.

Najpopulárnejšie solárne panely, ktoré možno použiť na domáce účely, sa považujú za inštalácie so silikónovými doskami. Objem takýchto zariadení na trhu je 80 %. Ich účinnosť je pomerne nízka - iba 10%, ale vyznačujú sa dostupnosťou a spoľahlivosťou. O niekoľko percent vyššia účinnosť pre kadmiové platne. Filmy s časticami selenidu, medi, india a gália majú vyššiu účinnosť, ktorá je 15%.

Čo určuje účinnosť solárnych panelov

Účinnosť fotovoltických meničov je ovplyvnená mnohými faktormi. Takže, ako je uvedené vyššie, množstvo vygenerovanej energie závisí od štruktúry panelu meniča, materiálu ich výroby.

Okrem toho účinnosť solárnych konvertorov závisí od:

• Sily slnečného žiarenia. Takže s poklesom slnečnej aktivity klesá výkon solárnych zariadení. Aby batérie poskytovali spotrebiteľovi energiu aj v noci, dodávajú sa so špeciálnymi batériami.
• Teploty vzduchu. Solárne panely s chladiacimi zariadeniami sú teda produktívnejšie: zahrievanie panelov negatívne ovplyvňuje ich schopnosť premeny energie na prúd. Takže v mrazivom jasnom počasí je účinnosť solárnych batérií vyššia ako v slnečnom a horúcom počasí.
• Uhol zariadenia a dopad slnečného žiarenia. Na zabezpečenie maximálnej účinnosti musí byť solárny panel nasmerovaný priamo na slnečné žiarenie. Za najefektívnejšie sa považujú modely, ktorých úroveň sklonu sa dá meniť vzhľadom na umiestnenie Slnka.
• poveternostné podmienky. V praxi sa zistilo, že v oblastiach so zamračeným daždivým počasím je účinnosť solárnych konvertorov oveľa nižšia ako v slnečných oblastiach.

Okrem toho je účinnosť solárnych konvertorov ovplyvnená úrovňou ich čistoty. Aby zariadenie fungovalo produktívne, jeho platne musia spotrebovať čo najviac slnečného žiarenia. Toto je možné vykonať iba vtedy, ak sú zariadenia čisté.

Nahromadenie snehu, prachu a nečistôt na obrazovke môže znížiť účinnosť zariadenia o 7%.

Obrazovky sa odporúča umývať 1-4x ročne v závislosti od stupňa znečistenia. V tomto prípade je možné na čistenie použiť hadicu s tryskou. Technická kontrola prvkov meniča by sa mala vykonávať každé 3-4 mesiace.

Solárna energia na meter štvorcový

Ako je uvedené vyššie, v priemere jeden meter štvorcový fotovoltických meničov poskytuje produkciu 13-18% energie slnečných lúčov, ktoré naň dopadajú. To znamená, že za najpriaznivejších podmienok možno zo štvorcového metra solárnych panelov získať 130-180 wattov.

Výkon solárnych systémov je možné zvýšiť zväčšením panelov a zväčšením plochy fotovoltaických meničov.

Viac výkonu môžete získať aj inštaláciou panelov s vyššou účinnosťou. Hlavnou prekážkou ich širokého využitia je však pomerne nízka (napríklad v porovnaní s indukčnými meničmi) účinnosť dostupných solárnych článkov. Zvyšovanie výkonu a účinnosti solárnych systémov je prvoradou úlohou modernej energetiky.

Najúčinnejšie solárne panely: hodnotenie

Najúčinnejšie solárne konvertory súčasnosti vyrába Sharp. Trojvrstvové, výkonné, koncentračné solárne panely majú účinnosť 44,4 %. Ich cena je neuveriteľne vysoká, takže uplatnenie našli len v leteckom priemysle.

Cenovo najdostupnejšie a najefektívnejšie sú moderné solárne panely od spoločností:

• Panasonic Eco Solutions;
• First Solar;
• MiaSole;
• JinkoSolar;
• Trina Solar;
• Yingli zelená;
• ReneSola;
• Kanadská solárna.

Sun Power vyrába najspoľahlivejšie solárne invertory s účinnosťou 21,5 %. Produkty tejto spoločnosti sú absolútne obľúbené v komerčných a priemyselných zariadeniach, možno až po zariadenia od Q-Cells.

Účinnosť solárnych panelov (video)

Moderné solárne batérie ako zariadenia na premenu energie šetrné k životnému prostrediu s nevyčerpateľnou chladiacou kvapalinou si získavajú čoraz väčšiu obľubu. Už dnes sa zariadenia s fotoelektrickými meničmi využívajú na domáce účely (nabíjanie telefónov, tabletov). Účinnosť solárnych zariadení je stále nižšia ako pri alternatívnych metódach výroby energie. Zvyšovanie účinnosti meničov je však hlavnou úlohou modernej energetiky.

Spustenie inovačného parku EPFL v Nemecku dosiahlo v segmente fotovoltiky pôsobivý úspech.

Podľa informácií zverejnených tlačovou službou vzdelávacej inštitúcie sa tímu študentov z Fraunhoferovho inštitútu pod vedením projektového manažéra Laurenta Kulota podarilo zmodernizovať technológie používané vo vesmírnom sektore, čím sa výrazne znížili náklady na výrobu a zvýšila sa efektivita. solárnych panelov. Ukazovatele efektívnosti prototypu budúceho masového fotovoltického panelu, od ktorého tvorcovia predpokladajú, že po vyriešení technologických problémov a nájdení investorov premenia na sériový produkt, sú dvojnásobne nadštandardné. Pripomeňme, že účinnosť komerčne dostupných solárnych panelov vo väčšine prípadov dosahuje 15-20%, čo je hranica pre technológie používané dnes na „zachytenie“ slnečných lúčov s následnou premenou tejto energie na elektrickú energiu. Výsledky získané pri testovaní prototypového panelu ukázali účinnosť výroby elektriny na úrovni 36,4 %, čo v prípade prechodu na masovú výrobu zdrojov na premenu slnečnej energie na elektrickú energiu umožní dosiahnuť vynikajúcu hodnotu 30-32 %.

Tvorcovia zásadne nového a ultra efektívneho typu solárnej batérie hovorili o spôsobe, akým zvýšili účinnosť batérie, na čo použili špecialisti EPFL optické šošovky. Solárne panely na elektrinu používané vo vesmíre sú vyrobené s použitím ultra drahých materiálov, ktoré pomáhajú zlepšovať „zachytávacie“ vlastnosti slnečných lúčov v špeciálnych miničlánkoch. Nemeckí špecialisti z nezávislého laboratória Fraunhoferovho inštitútu aplikovali rovnaký princíp, čím sa minimalizovala plocha veľmi drahej vrstvy vysokovýkonných článkov. Namiesto vrstvy fotobuniek vyrobených z drahých materiálov „natiahnutých“ po celej ploche panelu vývojári vzali malý kúsok vysokovýkonných buniek a sústredili naň všetko slnečné svetlo vstupujúce na povrch prvku. Vrchnú vrstvu povrchu batérie tvoria mikroskopické šošovky namontované na mechanickej základni, pomocou malých servomotorov posúvajú zaostrené svetlo presne na fotografický substrát v závislosti od umiestnenia pozemského telesa.

Táto technika zaisťuje maximálnu účinnosť premeny energie počas denného svetla pri zachovaní nízkych výrobných nákladov. Náklady na výrobu dvojnásobne výkonnejších solárnych článkov po zavedení sériovej výroby na princípoch batérií vyvinutých špecialistami EPFL prevýšia náklady na panely dostupné na trhu o 10-15% pri 100% zvýšení účinnosti. Tvorcovia riešenia, ktoré je veľmi lacné v porovnaní s tými, ktoré sa vyrábajú na použitie vo vesmíre, sa stále zdráhajú hovoriť o načasovaní vydania sľubného vývoja v masovom meradle s odkazom na potrebu vypracovať technologickú základňu pre vytvorenie veľkých -sériová výroba lacných, ale mimoriadne účinných solárnych panelov s účinnosťou 36%. Očakáva sa, že prvé malé vzorky takýchto prvkov sa objavia najskôr o 2-3 roky, kedy môžu výrobné náklady fotovoltických panelov vytvoriť nový cenový rekord. Dnes je nákup a inštalácia takýchto batérií v prímestských oblastiach na výrobu elektrickej energie „z ničoho“ mnohonásobne drahšia ako pripojenie k elektrickej sieti – splatenie drahého nákupu trvá doslova desaťročia.

Z tohto dôvodu sú „slnečné plantáže“ aktívne propagované na Západe, pozostávajúce zo stoviek a tisícov jednotlivých fotovoltaických článkov, naďalej dotované vládnymi programami na stimuláciu sektora alternatívnej energie. Len vďaka investíciám miliárd dolárov a eur do rozvoja tejto oblasti sa Európe a Spojeným štátom americkým podarilo dosiahnuť pôsobivé a povzbudivé ekonomické ukazovatele, ktoré na papieri vyzerajú ako skutočný prelom v oblasti získavania čistej elektriny. V skutočnosti je každý kilowatt generovaný zo Slnka oveľa drahší ako prieskum, výroba a následná ťažba uhľovodíkov z útrob zeme, ktoré naďalej tvoria základ globálnej energie. Jedinou alternatívou k „bezplatnej“ elektrine zostáva jadrová energia, kategoricky vyškrtnutá Európskou úniou a väčšinou ostatných svetových mocností zo zoznamu dostupných zdrojov elektriny. Dôvodom je nebezpečenstvo zopakovania tragických udalostí z rokov 1986 a 2011 v sovietskom Černobyle a japonskej Fukušime, kedy boli v jadrových elektrárňach prevádzkovaných ZSSR a Japonskom zaznamenané radiačné havárie siedmeho stupňa limitu podľa Medzinárodnej stupnice jadrových udalostí. , resp.

Západ preto naďalej považuje slnečnú energiu za najsľubnejší smer pri vytváraní základu pre vytváranie „energetickej rezervy“ pre budúce generácie, ktoré budú musieť veľmi skoro čeliť úplnej absencii ľahko vyťažiteľných zásob uhľovodíkov – ropy, plynu a uhlie. Aj dnes odborníci nazývajú zásoby energetických zdrojov, ktoré sa nachádzajú v hĺbke dostupnej pre moderné vrtné súpravy, „takmer vyčerpania“, čo núti vedcov a výskumníkov energicky hľadať nové možnosti na udržanie súčasnej úrovne spotreby elektriny svetovým priemyslom. Potenciálne ziskové z technologického hľadiska ostávajú zatiaľ len dve oblasti – jadrová energia a fotovoltaické články, ktoré premieňajú svetlo galaktického svietidla „dosahujúceho“ na povrch planéty na elektrickú energiu potrebnú pre život človeka. Umelé odmietnutie atómu ponecháva západným mocnostiam, predovšetkým Európskej únii a Spojeným štátom americkým, len jeden spôsob, ako ďalej rozvíjať a modernizovať vlastnú energetiku.

Podľa prevádzkového riaditeľa startupu EPFL Floriana Gerlicha batérie vytvorené nemeckými špecialistami znížia cenu za vyrobenú kilowatthodinu elektriny pre spotrebiteľov na prijateľnú úroveň, keď nákup drahého solárneho panelu aj bez získania vládnych dotácií, sa oplatí po krátkej operácii. Zvýšenie účinnosti na 36 % je sľubným prielomom, ktorý by mohol otriasť globálnym energetickým systémom ako súčasť globálneho úsilia nájsť finančne a environmentálne najprijateľnejšie spôsoby výroby elektriny. Tým druhým napríklad aktívne „hýbu“ autá vyrábané najväčšími automobilkami, ktorých podiel s elektromotormi nainštalovanými pod kapotou do roku 2030 – 2035 dosiahne podľa predbežných odhadov odborníkov vážnych 10 – 12 %. v rozsahu celej flotily na planéte. Toto bude aktívne podporovať vývoj vedcov, ktorí v posledných desaťročiach pokračovali v boji o každé percento účinnosti výroby elektriny a dosahovali maximálne prípustné hodnoty v pretekoch o „voľné“ kilowatty.

Dátum pridania: 30.04.2015

V súčasnosti sa obnoviteľná energia, najmä tam, kde sa využíva slnečná energia, veľmi intenzívne rozvíja. V tomto smere pokračuje aktívne hľadanie metód a zariadení zvyšujúcich produktivitu existujúcich systémov, ktoré umožňujú najefektívnejšiu premenu slnečnej energie na elektrickú. Tu možno rozlíšiť dva smery - priamu premenu slnečného žiarenia na elektrický prúd a viacnásobnú premenu slnečnej energie - na teplo, potom na mechanickú prácu a potom na elektrinu. Zatiaľ čo v druhom smere boli dosiahnuté lepšie výsledky, priemyselné solárne zariadenia s koncentrátormi, turbínami alebo Stirlingovými motormi vykazujú vynikajúcu účinnosť pri premene slnečnej energie. V solárnej elektrárni pracujúcej v Novom Mexiku so solárnymi koncentrátormi a Stirlingovými motormi sa teda dosiahla výstupná účinnosť, berúc do úvahy spotrebu energie na orientačný systém atď. - 31,25 %.

Takéto solárne elektrárne sú však mimoriadne zložité a drahé, sú účinné v podmienkach veľmi vysokého slnečného žiarenia a vo svete ešte neboli dostatočne rozvinuté. Preto priame konvertory slnečného žiarenia - solárne panely , zaujímajú popredné miesto vo svete solárnej energie z hľadiska inštalácií a rozsahu aplikácií. Produktivita sériových priemyselných solárnych panelov sa dnes v závislosti od technológie pohybuje v rozmedzí od 7 do 20 %. Technológie nestoja, vyvíjajú sa a zdokonaľujú, nové bunky sa už vyvíjajú a testujú, minimálne dvakrát tak produktívnejšie ako tie existujúce. Skúsme sa v krátkosti zamyslieť nad hlavnými smermi vývoja fotovoltických panelov, technológií a ich produktivity.

Prevažná väčšina článkov solárnych konvertorov moderných sériových fotomodulov je vyrobená z monokryštalického (C-Si) alebo polykryštalického (MC-Si) kremíka. K dnešnému dňu takéto kremíkové fotovoltické moduly zaberajú asi 90 % trhu fotovoltických konvertorov, z ktorých približne 2/3 tvoria polykryštalický kremík a 1/3 monokryštalický. Na rad prichádzajú solárne moduly, ktorých fotočlánky sú vyrobené tenkovrstvovou technológiou - metódou depozície, alebo depozície fotosenzitívnych látok na rôzne substráty. Významnou výhodou modulov z týchto prvkov je nižšia výrobná cena, pretože vyžadujú cca 100x menej materiálu v porovnaní s kremíkovými doštičkami. A zatiaľ najmenej sú zastúpené multijunction solárne články z takzvaných tandemových alebo multijunction článkov.

Trhové podiely fotovoltaických panelov rôznych technológií:

Kremíkové kryštalické fotomoduly.

Účinnosť kremíkových modulových článkov je dnes cca 15 - 20% (polykryštály - monokryštály). Tento ukazovateľ ako celok sa môže čoskoro zvýšiť o niekoľko percent. Napríklad SunTech Power, jeden z najväčších svetových výrobcov modulov kryštalického kremíka, oznámil svoj zámer uviesť na trh v priebehu niekoľkých rokov fotovoltické moduly s účinnosťou 22 %. Existujúce laboratórne vzorky monokryštálových článkov vykazujú produktivitu 25%, polykryštalické - 20,5%. Teoretická maximálna účinnosť pre kremíkové jednoprechodové (p-n) prvky je 33,7 %. Kým sa dosiahne, hlavnou úlohou výrobcov je okrem zvyšovania účinnosti článkov zlepšovať technológiu výroby a znižovať náklady na fotomoduly.

Samostatne sú umiestnené fotomoduly Sanyo vyrobené technológiou HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) s použitím niekoľkých vrstiev kremíka, podobne ako pri tandemových viacvrstvových článkoch. Účinnosť takýchto prvkov z monokryštálového C-Si a niekoľkých vrstiev nanokryštalického nc-Si je 23 %. Toto je najvyšší index účinnosti pre články sériových kryštalických modulov, akési nano-solárne batérie.

Účinnosť tenkovrstvových solárnych článkov.

Tento názov označuje niekoľko rôznych technológií, ktorých výkon bude stručne popísaný. V súčasnosti existujú tri hlavné typy anorganických fóliových solárnych článkov – kremíkové fólie na báze amorfného kremíka (a-Si), fólie na báze teluridu kadmia (CdTe) a fólie selenidu medi-india a gália (CuInGaSe2 alebo CIGS). Účinnosť moderných tenkovrstvových solárnych článkov na báze amorfného kremíka je cca 10%, fotomodulov na báze teluridu kadmia - 10-11% (First Solar), na báze medi-indium-gálium selenidu - 12-13% (japonské solárne moduly SOLÁRNE HRANICE). Ukazovatele účinnosti pre predsériové články: CdTe majú účinnosť 15,7 % (moduly MiaSole) a články CIGS 18,7 % (EMPA). Účinnosť jednotlivých tenkovrstvových solárnych článkov je oveľa vyššia, napríklad údaje o výkone laboratórnych vzoriek článkov z amorfného kremíka - 12,2% (United Solar), CdTe článkov - 17,3% (First Solar), CIGS článkov - 20,5 % (ZSW). Zatiaľ vedú z hľadiska výroby medzi ostatnými tenkovrstvovými technológiami solárne konvertory na báze tenkých vrstiev amorfného kremíka - objem svetového trhu tenkovrstvových Si prvkov je cca 80%, solárne články na báze teluridu kadmia - cca. 18 % trhu a selenid medi-indium-gália – 2 % trhu. Je to spôsobené predovšetkým cenou a dostupnosťou surovín, ako aj vyššou stabilitou charakteristík ako vo viacvrstvových štruktúrach. Koniec koncov, kremík je jedným z najbežnejších prvkov v zemskej kôre, zatiaľ čo indium (prvky CIGS) a telúr (prvky CdTe) sú rozptýlené a ťažené v malých množstvách. Okrem toho je kadmium (prvky CdTe) toxické, hoci všetci výrobcovia takýchto solárnych modulov zaručujú úplnú likvidáciu svojich produktov. Tiež proces degradácie v prvkoch tenkovrstvových modulov prebieha rýchlejšie ako v kryštálových bunkách. Ďalší vývoj fotoelektrických meničov na báze anorganických tenkých vrstiev je spojený so zdokonaľovaním technológie výroby a stabilizáciou ich parametrov.

Tenkovrstvové solárne články tiež zahŕňajú organické/polymérne tenkovrstvové fotosenzitívne prvky a senzibilizované farbivá. V tomto smere je komerčné využitie solárnych článkov zatiaľ obmedzené, všetko je v laboratórnom štádiu, ako aj v zlepšovaní technológie budúcej masovej výroby. Viaceré zdroje oznámili dosiahnutie účinnosti prvkov na organických konvertoroch viac ako 10%: nemecká spoločnosť Heliatek - 10,7%, Kalifornská univerzita UCLA - 10,6%. Skupina vedcov z laboratória v EPFL dosiahla účinnosť 12,3 % pre bunky vyrobené zo senzibilizovaných farbív. Vo všeobecnosti sa smer organických tenkovrstvových prvkov, ako aj svetlocitlivých farbív, považuje za jeden z najsľubnejších. Pravidelne sa objavujú vyhlásenia o dosiahnutí ďalšieho rekordu účinnosti, technológie presahujúcej steny laboratórií, pokrývajúcej všetky dostupné povrchy vysokoúčinnými a lacnými solárnymi konvertormi v blízkej budúcnosti - firmy Konarka, Dyesol, Solarmer Energy. Práca je zameraná na zlepšenie stability charakteristík, zníženie nákladov na technológiu.

Charakteristika viacvrstvových (viacvrstvových, tandemových) solárnych panelov.

Bunky takýchto prvkov obsahujú vrstvy rôznych materiálov, ktoré tvoria niekoľko p-n križovatiek. Ideálny solárny článok by mal mať teoreticky stovky rôznych vrstiev (p-n spojov), z ktorých každá je naladená na malý rozsah vlnových dĺžok svetla v celom spektre, od ultrafialového po infračervené. Každý prechod absorbuje slnečné žiarenie na určitej vlnovej dĺžke, čím pokryje celé spektrum. Hlavným materiálom pre takéto prvky sú zlúčeniny gália (Ga) - fosfid gália a india, arzenid gália atď.

Jedným z konkrétnych riešení premeny celého slnečného spektra je použitie hranolov, ktoré rozkladajú slnečné svetlo na spektrá sústredené na jednoprechodové prvky s rôznym rozsahom premeny žiarenia. Napriek tomu, že výskum v oblasti multi-junction solárnych článkov prebieha už dve desaťročia a fotomoduly z takýchto článkov úspešne fungujú vo vesmíre (solárne batérie stanice Mir, Mars Exploration Rover a pod.), ich praktické pozemské využitie sa začalo.pomerne nedávno. Prvé komerčné produkty založené na takýchto prvkoch vstúpili na trh pred niekoľkými rokmi a ukázali vynikajúce výsledky a výskum v tomto smere neustále priťahuje pozornosť. Faktom je, že teoretická účinnosť dvojvrstvových článkov môže byť 42%, trojvrstvových 49% a článkov s nekonečným počtom vrstiev - 68% nesústredeného slnečného žiarenia. Hranica produktivity článkov s nekonečným počtom vrstiev je pri použití koncentrovaného slnečného žiarenia 86,8 %. K dnešnému dňu sú praktické výsledky účinnosti pre multi-prechodové články rádovo 30 % pri nesústredenom slnečnom svetle. To nestačí na kompenzáciu výrobných nákladov takýchto článkov - cena viacprechodového článku je asi 100-krát vyššia ako cena kremíkového článku rovnakej oblasti, preto sa pri navrhovaní modulov z multi- spojovacie bunky na zaostrenie svetla 500 - 1000 krát. Koncentrátor vo forme Fresnelovej šošovky a parabolického zrkadla zbiera slnečné svetlo z oblasti 1000-krát väčšej ako plocha bunky. Celkové náklady na fotomoduly z viacspojkových článkov s použitím koncentrátorov (CPV) sú výrazne znížené v dôsledku lacných šošoviek a substrátov, čím sa kompenzujú vysoké náklady na výrobu samotného článku. Súčasne sa produktivita buniek zvyšuje až o 40%.

Špecifikácie solárnych panelov. Napríklad články SolFocus 5,5 mm x 5,5 mm majú účinnosť 40 % pri použití koncentrátorov; a priemerná veľkosť buniek v systémoch CPV sa pohybuje od 5,5 mm x 5,5 mm do 1 cm x 1 cm Čo je potrebné na výrobu 1 cm? články vyžadujú 1/1000 suroviny v porovnaní s článkom s podobnou produktivitou z kryštalického kremíka. Aby mohli multi-prechodové články pracovať s maximálnou účinnosťou, je potrebná konštantná vysoká intenzita slnečného žiarenia, na to sa používajú dvojosové orientačné systémy CPV systémov. Miesta pre rozmiestnenie solárnych fariem založených na moduloch z multi-prechodových článkov s koncentrátormi sú regióny s vysokým slnečným žiarením.

Maximálna účinnosť článkov s viacerými spojmi získaná v laboratórnych podmienkach pomocou koncentrátorov je v súčasnosti 43,5 % (Solar Junction) a predpokladá sa, že sa v najbližších rokoch zvýši na 50 %.

Ako vidíte, dnes existujú solárne články s vysokou produktivitou, vyrábané rôznymi technológiami a hlavnou úlohou výrobcov je znížiť náklady na konečný produkt, prispôsobiť laboratórny výskum hromadnej výrobe. Napriek nízkej spotrebe surovín v tenkovrstvových solárnych článkoch sú náklady na niektoré komponenty v rôznych typoch pomerne vysoké, rovnako ako samotné výrobné technológie sú energeticky náročné. Otázna ostáva dlhodobá stabilita parametrov. Viacnásobné solárne články sú stále veľmi drahé a pre maximálnu účinnosť vyžadujú aj zvýšenú koncentráciu slnečného žiarenia. Preto budú kryštalické kremíkové články v blízkej budúcnosti držať vedúce postavenie na trhu fotovoltaických konvertorov s klesajúcou cenou. Nahradia ich len efektívne a lacné tenkovrstvové moduly, prípadne vyrobené z polymérových polovodičov alebo svetlocitlivých farbív. Ale prognózy vo vývoji tej či onej technológie nie sú vďačnou úlohou. Počkaj a uvidíš.