Napelemek típusai: a tervek összehasonlító áttekintése és tippek a panelek kiválasztásához

Az alternatív energia a maximumra fejlődik Európában, és eredményekkel is megmutatja ígéretét.Új típusú napelemek jelennek meg, hatékonyságuk növekszik.

Ha egy ipari épület vagy lakóhelyiség működését napenergiával szeretné biztosítani, először meg kell ismernie a berendezések közötti különbségeket, és meg kell értenie, hogy mely napelemek alkalmasak egy adott régió éghajlati viszonyaira.

Segítünk a probléma megoldásában. A cikk bemutatja a fotoelektromos átalakítók működési elvét, és áttekintést ad a különböző típusú napelemekről, feltüntetve azok jellemzőit, előnyeit és hátrányait. Miután megismerkedett az anyaggal, képes lesz a megfelelő döntést hozni a hatékony napelemes rendszer kialakításához.

A napelemek működési elve

A napelemek túlnyomó többsége fizikai értelemben fotovoltaikus átalakító. Az elektromos generáló hatás a félvezető p-n átmenet helyén lép fel.

A napelemek költségének alapját a szilícium ostyák képezik, de ha éjjel-nappal áramforrásként használják őket, akkor emellett drága akkumulátorokat kell vásárolnia.

A panel két különböző tulajdonságú szilícium lapkából áll. A fény hatására az egyikben elektronhiány alakul ki, a másikban pedig felesleg.Minden lemezen réz vezetőszalagok vannak, amelyek feszültségátalakítókhoz vannak csatlakoztatva.

Az ipari napelem panel több laminált fotovoltaikus cellából áll, amelyek egymáshoz vannak kötve, és rugalmas vagy merev hordozóra vannak felszerelve.

A berendezés hatékonysága nagymértékben függ a szilícium tisztaságától és kristályainak orientációjától. A mérnökök ezeket a paramétereket igyekeztek javítani az elmúlt évtizedekben. Ezzel a fő probléma a szilícium tisztításának és a kristályok egyirányú elrendezésének alapjául szolgáló eljárások magas költsége az egész panelen.

Minden évben felfelé változik a különféle napelemek maximális hatásfoka, mivel dollármilliárdokat fektetnek be új fotovoltaikus anyagok kutatásába (+)

A fotoelektromos átalakítók félvezetői nem csak szilíciumból, hanem más anyagokból is készülhetnek - akkumulátor működési elve nem változik.

A fotoelektromos átalakítók típusai

Az ipari napelemeket tervezési jellemzőik és a működő fotovoltaikus réteg típusa szerint osztályozzák.

Az eszköz típusától függően az alábbi típusú akkumulátorok léteznek:

• rugalmas panelek;
• merev modulok.

A rugalmas vékonyréteg-panelek a szerelési sokoldalúságuk miatt fokozatosan egyre nagyobb rést foglalnak el a piacon, mivel a legtöbb felületre, változatos építészeti formákkal felszerelhetők.

A napelemek tényleges jellemzői általában alacsonyabbak, mint az utasításokban feltüntetettek. Ezért, mielőtt otthon telepítené őket, tanácsos egy hasonló befejezett projektet megnézni.

A működő fotovoltaikus réteg típusa alapján a napelemek a következő típusokra oszthatók:

1. Szilícium: monokristályos, polikristályos, amorf.
2. Tellúr-kadmium.
3. Indium-réz-gallium-szelenid alapú.
4. Polimer.
5. Organikus.
6. Gallium-arzenid alapú.
7. Kombinált és többrétegű.

Nem minden napelem-típus érdekli az általános fogyasztót, hanem csak az első két kristályos altípus.

Bár néhány más típusú panel nagy hatásfokkal rendelkezik, magas költségük miatt nem használják széles körben.

A szilícium fotovoltaikus cellák meglehetősen érzékenyek a hőre. Az energiatermelés mérésének alaphőmérséklete 25°C. Egy fokkal növelve a panelek hatásfoka 0,45-0,5%-kal csökken.

Ezután a fogyasztók legnagyobb érdeklődésére számot tartó napelemeket tárgyaljuk részletesen.

A szilícium alapú panelek jellemzői

A napelemekhez való szilícium kvarcporból - őrölt kvarckristályokból készül. A nyersanyagok leggazdagabb lelőhelyei Nyugat-Szibériában és a Közép-Urálban találhatók, így a napenergia e területének kilátásai szinte korlátlanok.

A kristályos és amorf szilícium panelek már most is a piac több mint 80%-át foglalják el. Ezért érdemes részletesebben megvizsgálni őket.

Monokristályos szilícium panelek

A modern monokristályos szilícium lapkák (mono-Si) a teljes felületükön egységes sötétkék színűek. Előállításukhoz a legtisztább szilíciumot használják. A monokristályos napelemek a legmagasabb árat képviselik az összes szilíciumlapka között, ugyanakkor a legjobb hatásfokot is biztosítják.

A nagyméretű, forgó mechanizmusú monokristályos napelemek tökéletesen illeszkednek a sivatagi tájba. A maximális termelékenység feltételei vannak

A magas előállítási költség az összes szilíciumkristály azonos irányú orientálásának nehézségéből adódik. A munkaréteg ezen fizikai tulajdonságai miatt a maximális hatékonyság csak akkor biztosított, ha a napsugarak merőlegesek a lemez felületére.

A monokristályos akkumulátorokhoz kiegészítő berendezésekre van szükség, amelyek nappal automatikusan elforgatják azokat, hogy a panelek síkja a lehető legmerőbb legyen a napsugárzásra.

Az egyoldalas kristályokkal ellátott szilíciumrétegeket hengeres fémtömbből vágják ki, így a kész fotovoltaikus blokkok úgy néznek ki, mint egy sarkainál lekerekített négyzet.

A monokristályos szilícium akkumulátorok előnyei a következők:

1. Magas hatásfok 17-25%-os értékkel.
2. Kompaktság - egységnyi teljesítményre jutó berendezés kisebb területe a polikristályos szilícium panelekhez képest.
3. Tartósság — a villamosenergia-termelés megfelelő hatékonysága akár 25 évig is biztosított.

Az ilyen akkumulátoroknak csak két hátránya van:

1. Magas ár és hosszú távú megtérülés.
2. Szennyezésre való érzékenység. A por szórja a fényt, így a vele bevont napelemek hatásfoka meredeken csökken.

Közvetlen napfény igénye miatt monokristályos napelemek telepítése folyamatban van főleg nyílt területeken vagy magasban. Minél közelebb van a terület az Egyenlítőhöz, és minél több a napsütéses idő, annál előnyösebb az ilyen típusú fotovoltaikus elemek felszerelése.

Polikristályos napelemek

A polikristályos szilícium panelek (multi-Si) kék színűek, amelyek intenzitása a kristályok változatos orientációja miatt egyenetlen. Az előállításukhoz használt szilícium tisztasága valamivel alacsonyabb, mint a monokristályos analógoké.

A többirányú kristályok nagy hatékonyságot biztosítanak szórt fényben - 12-18%.Alacsonyabb, mint az egyirányú kristályokban, de felhős időjárási körülmények között az ilyen panelek hatékonyabbak.

Az anyag heterogenitása a szilíciumgyártás költségeinek csökkenéséhez is vezet. A polikristályos napelemek tisztított fémét minden különösebb trükk nélkül formákba öntik.

A gyártás során speciális technikákat alkalmaznak a kristályok kialakítására, de ezek irányíthatóságát nem ellenőrzik. Lehűlés után a szilíciumot rétegekre vágják, és speciális algoritmus szerint dolgozzák fel.

A polikristályos panelek nem igényelnek állandó irányultságot a nap felé, ezért a házak és ipari épületek tetejét aktívan használják elhelyezésükre.

Nappal, enyhe felhők mellett az amorf szilíciumból készült napelemek előnyei nem lesznek észrevehetőek, előnyeik csak sűrű felhők alatt vagy árnyékban mutatkoznak meg (+)

A többirányú kristályokkal ellátott napelemek előnyei a következők:

1. Magas hatásfok szórt fényviszonyok között.
2. Állandó beépítési lehetőség épületek tetején.
3. Alacsonyabb költség a monokristályos panelekhez képest.
4. A működés időtartama — a hatásfok csökkenése 20 év működés után mindössze 15-20%.

A polikristályos paneleknek vannak hátrányai is:

1. Csökkentett hatékonyság 12-18%-os értékkel.
2. Relatív terjedelmesség — teljesítményegységenként több telepítési hely szükséges a monokristályos analógokhoz képest.

A polikristályos napelemek egyre nagyobb piaci részesedést szereznek a többi szilícium akkumulátor között. Ezt a termelési költségek csökkentésének széles lehetőségei biztosítják.Az ilyen panelek hatékonysága is évről évre növekszik, és gyorsan megközelíti a 20%-ot a tömeggyártású termékek esetében.

Amorf szilícium napelemek

A napelemek amorf szilíciumból történő előállításának mechanizmusa alapvetően eltér a kristályos fotovoltaikus cellák előállításától. Itt nem tiszta nemfémet használnak, hanem annak hidridjét, melynek forró gőzei lerakódnak az aljzatra.

Ennek a technológiának köszönhetően nem képződnek klasszikus kristályok, és a gyártási költségek jelentősen csökkennek.

A lerakott amorf szilícium napelemek rugalmas polimer hordozóra vagy merev üveglapra szerelhetők

Jelenleg már három generációs amorf szilícium panel létezik, amelyek mindegyike jelentősen növeli a hatékonyságot. Ha az első fotovoltaikus modulok hatásfoka 4-5% volt, akkor most a második generációs, 8-9% hatásfokú modelleket széles körben értékesítik a piacon.

A legújabb amorf panelek hatékonysága akár 12% is lehet, és már kezdenek megjelenni az értékesítésben, de még mindig meglehetősen drágák.

Ennek a gyártási technológiának köszönhetően szilíciumréteget lehet létrehozni mind merev, mind rugalmas hordozón. Emiatt az amorf szilícium modulokat aktívan használják rugalmas vékonyrétegű napelem modulokban. De az elasztikus hátlappal ellátott opciók sokkal drágábbak.

Az amorf szilícium fizikai-kémiai szerkezete lehetővé teszi a gyenge szórt fény fotonjainak maximális abszorpcióját elektromos áram előállításához. Ezért az ilyen panelek kényelmesek a nagy szabad területekkel rendelkező északi régiókban.

Az amorf szilícium alapú akkumulátorok hatékonysága még magas hőmérsékleten sem csökken, bár ebben a paraméterben rosszabbak, mint a gallium-arzenid panelek.

Ugyanazon felszerelési költség mellett a szilícium-hidrid napelemek nagyobb teljesítményt mutatnak, mint mono- és polikristályos társaik (+)

Összefoglalva, az amorf napelemek következő előnyeit emelhetjük ki:

1. Sokoldalúság — rugalmas és vékony panelek gyártásának képessége, akkumulátorok felszerelése bármilyen építészeti formára.
2. Magas hatásfok szórt fényben.
3. Stabil munkavégzés magas hőmérsékleten.
4. A tervezés egyszerűsége és megbízhatósága. Az ilyen panelek gyakorlatilag nem törnek.
5. A teljesítmény fenntartása nehéz körülmények között is — kisebb teljesítménycsökkenés, ha a felület poros, mint a kristályos analógoknál

Az ilyen fotovoltaikus cellák élettartama a második generációtól kezdve 20-25 év, 15-20%-os teljesítménycsökkenés mellett. Az amorf szilícium panelek egyetlen hátránya, hogy nagyobb területekre van szükség a szükséges teljesítményű berendezések elhelyezéséhez.

A szilíciummentes eszközök áttekintése

Egyes ritka és drága fémekből készült napelemek hatásfoka meghaladja a 30%-ot. Többször drágábbak, mint szilícium társaik, de különleges tulajdonságaik miatt továbbra is high-tech kereskedelmi rést foglalnak el.

Ritka fém napelemek

Ritka fém napelemek többféle típusa létezik, és nem mindegyik hatékonyabb, mint a monokristályos szilícium modulok.

Az extrém körülmények között való működés azonban lehetővé teszi az ilyen napelemek gyártói számára, hogy versenyképes termékeket állítsanak elő és további kutatásokat végezzenek.

A kadmium-tellurid paneleket aktívan használják épületek burkolására az egyenlítői és arab országokban, ahol a felületük napközben 70-80 fokra melegszik fel.

A fotovoltaikus cellák előállításához használt fő ötvözetek a kadmium-tellurid (CdTe), az indium-réz-gallium-szelenid (CIGS) és a réz-indium-szelenid (CIS).

A kadmium mérgező fém, az indium, a gallium és a tellúr pedig meglehetősen ritka és drága, így az ezekre épülő napelemek tömeggyártása még elméletileg is lehetetlen.

Az ilyen panelek hatásfoka 25-35%, bár kivételes esetekben akár 40% is lehet. Korábban főként az űriparban használták őket, most azonban egy új, ígéretes irány alakult ki.

A ritka fémekből készült fotocellák 130-150°C-os hőmérsékleten történő stabil működése miatt napenergia-hőerőművekben használatosak. Ebben az esetben a több tíz vagy száz tükörből érkező napsugarak egy kis panelre összpontosulnak, amely egyszerre termel áramot, és biztosítja a hőenergia átvitelét a víz hőcserélőjébe.

A víz melegítése következtében gőz képződik, ami a turbina forgását idézi elő, és áramot termel. Ily módon a napenergiát egyszerre kétféle módon, maximális hatékonysággal alakítják elektromos energiává.

Polimer és szerves analógok

A szerves és polimer vegyületeken alapuló fotovoltaikus modulokat csak az elmúlt évtizedben kezdték fejleszteni, de a kutatók már jelentős előrehaladást értek el.Az európai vállalat a legnagyobb előrelépést mutatja be Heliatek, amely már több toronyházat is felszerelt szerves napelemekkel.

A tekercsfilm szerkezetének vastagsága az HeliaFilm csak 1 mm.

A polimer panelek gyártása során olyan anyagokat használnak, mint a szén fullerének, réz-ftalocianin, polifenilén és mások. Az ilyen fotovoltaikus cellák hatásfoka már eléri a 14-15%-ot, az előállítási költség pedig többszöröse a kristályos napelemekének.

A szerves munkaréteg lebomlási idejének kérdése akut. Egyelőre több éves működés után nem lehet megbízhatóan megerősíteni a hatékonyságát.

A szerves napelemek előnyei a következők:

• a környezetbarát ártalmatlanítás lehetősége;
• alacsony előállítási költség;
• rugalmas kialakítás.

Az ilyen fotovoltaikus cellák hátrányai közé tartozik a viszonylag alacsony hatásfok és a megbízható információk hiánya a panelek stabil működési időszakairól. Lehetséges, hogy 5-10 éven belül a szerves napelemek minden hátránya megszűnik, és komoly versenytársakká válnak a szilíciumlapkáknak.

Melyik napelem panelt válasszam?

A napelemek kiválasztása vidéki házakhoz 45-60 ° szélességi fokon nem nehéz. Itt csak két lehetőséget érdemes megfontolni: a polikristályos és a monokristályos szilícium paneleket.

Helyhiány esetén jobb, ha előnyben részesítik a hatékonyabb, egyoldalas kristály orientációjú modelleket; ha korlátlan terület van, akkor ajánlatos polikristályos elemeket vásárolni.

Nem szabad elemző cégek előrejelzéseire hagyatkozni a napelem piac fejlődését illetően, mert ezekre a legjobb példákat talán még nem találták ki

Jobb, ha egy adott gyártót, a szükséges teljesítményt és kiegészítő berendezéseket választja az ilyen berendezések értékesítésében és telepítésében részt vevő cégek vezetőinek részvételével. Tudnia kell, hogy a legnagyobb gyártók fotovoltaikus moduljainak minősége és ára alig tér el egymástól.

Figyelembe kell venni, hogy kulcsrakész berendezés készlet rendelésekor maguk a napelemek költsége a teljes összeg 30-40%-a lesz. Az ilyen projektek megtérülési ideje 5-10 év, és az energiafogyasztás mértékétől és a többlet villamos energia városi hálózatba történő értékesítésének lehetőségétől függ.

Egyes kézművesek inkább saját kezűleg szerelik össze a napelemeket. Weboldalunkon cikkek találhatók az ilyen panelek gyártási technológiájának részletes leírásával, csatlakozásukkal és a napkollektoros rendszerek elrendezésével.

Javasoljuk, hogy olvassa el:

1. Hogyan készítsünk napelemet saját kezűleg: utasítások az önszereléshez
2. Napelemes fűtési rendszerek: szoláris rendszerekre épülő fűtési technológiák elemzése
3. Napelemek bekötési rajza: a vezérlőhöz, az akkumulátorhoz és a szervizelt rendszerekhez

Következtetések és hasznos videó a témában

A bemutatott videók valós körülmények között mutatják be a különféle napelemek működését. Segítenek megérteni a kapcsolódó berendezések kiválasztásával kapcsolatos kérdéseket is.

A napelemek és a kapcsolódó berendezések kiválasztásának szabályai:

A napelemek típusai:

Monokristályos és polikristályos panelek vizsgálata:

A lakosság és a kis ipari létesítmények számára jelenleg nincs igazi alternatíva a kristályos szilícium paneleknek.De az új típusú napelemek fejlesztési üteme reményt ad arra, hogy a napenergia hamarosan sok vidéki házban a fő áramforrássá válik.

Várunk mindenkit, aki érdeklődik a napelemek választása és használata iránt, hogy tegye meg észrevételeit, tegyen fel kérdéseket és vegyen részt beszélgetésekben. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.