Svatko savršeno dobro zna da što je veća učinkovitost, to bolje. Ovo pravilo vrijedi i za učinkovitost solarnih panela. Zahvaljujući novim tehnologijama i proizvodnim metodama, učinkovitost fotoćelija stalno raste, iako vrlo sporo, ali glavna stvar je da napredak ne stoji mirno.

Dolje je grafikon povećanja performansi različitih proizvođača tijekom vremena. Od sredine do samog vrha razvijeni su poluvodiči za nove rekorde i svemirske zadatke, cijena je primjerena. Sve ispod je već dostupno i može se kupiti već danas.

Svi znaju za učinkovitost, ali malo ljudi razumije odakle dolaze ove postotne vrijednosti i kako se izračunavaju. Pokušajmo to shvatiti.

U pravilu, proizvođač označava učinkovitost svojih sastavljenih modula i učinkovitost pojedinačnih solarnih ćelija koje čine solarnu bateriju. Ovi parametri, kao i druge karakteristike, naznačeni su pod tzv. standardnim uvjetima - STS, od kojih su glavni insolacija od 1000 W/m² i temperatura elementa od 25 °C, pri kojoj su izmjereni tehničke specifikacije, uključujući učinkovitost.

Trenutačno su savjesni proizvođači počeli testirati svaku solarnu bateriju koju proizvedu nakon montaže i napraviti ispis pojedinačnih parametara koji je priložen uz svaku bateriju. To se radi kako bi se potvrdila kvaliteta njihovih proizvoda.

Ispod je ispis jednog od SY-100 solarnih panela tvrtke Suoyang Energy:

Svaki modul ima svoje individualne karakteristike. Ako uzmete dvije identične ploče istog modela, one će i dalje imati malo različite parametre.

Solarne ćelije ovog proizvođača imaju pozitivnu toleranciju, kao rezultat imamo 104,617 W i učinkovitost od 15,74% (pojedinačna ćelija 18,7%). Kako je dobio ovu vrijednost?

Formula za izračun učinkovitosti solarnih panela je sljedeća:

Učinkovitost = Psb/Ssb/10, gdje je:

Psb – snaga SB;

Ssb – područje SB.

Zamijenimo vrijednosti u formulu:

Učinkovitost = 104,617/(1,2*0,554)/10 = 15,74%

Sve se poklapa, ali postavlja se još jedno pitanje: zašto je onda učinkovitost pojedinih fotoćelija veća? Odgovor je jednostavan - cijela poanta je u tome što se solarna baterija sastoji od mnogo fotoćelija i postoji mala udaljenost između njih, koja se ne koristi za proizvodnju energije, plus aluminijski okvir također "zauzima prostor", u skladu s tim povećava se područje, ali se učinkovitost smanjuje.

Ispod su fotografije i video snimci nekih pokušaja dobivanja veće učinkovitosti solarnih ćelija stvaranjem elemenata složenog oblika, prisilno hlađenje solarnih ćelija i fokusiranje svjetla pomoću leća. Možda će se novi proizvodi dobro ponašati, pustiti u masovnu proizvodnju i postati dostupni vama i meni.

Riječ je o hibridnoj solarnoj bateriji Vitru, u borbi za učinkovitost proizvođač se muči s zagrijavanjem elemenata. Voda u žarulji hladi elemente, zbog čega se napon ne smanjuje i snaga ne opada.

Novi proizvod još nije u prodaji i u fazi je testiranja, no kako navodi V3Solar, cijela je tajna u stožastom obliku i rotaciji strukture zahvaljujući kojoj se ćelije nemaju vremena zagrijati, a učinkovitost se ne smanjuje se tijekom dana.

Znanost i tehnologija ne miruju u korištenju alternativne energije, a korištenje sunčeve energije u svakodnevnom životu i industriji nastavit će se razvijati i usavršavati, nastojeći istisnuti tradicionalne izvore energije. Nažalost, globalna dominacija solarne energije još je daleko, a razlog tome je niska učinkovitost solarnih panela.

Čimbenici koji utječu na učinkovitost solarnih panela

Na učinkovitost solarnih panela utječu objektivni i subjektivni čimbenici, kao što su:

• materijali koji se koriste u proizvodnji,
• tehnologije,
• mjesto korištenja (geografska širina),
• upadni kut sunčeve svjetlosti,
• prašnjavosti i oštećenja.

Štoviše, svi ti čimbenici povezani su i ovise jedan o drugome u svom utjecaju na učinkovitost solarnih panela. Ali početni faktor koji određuje učinkovitost je trošak proizvodnje elementa solarne baterije.

Lideri u učinkovitosti solarne energije

Pogledajmo lidere u proizvodnji najučinkovitijih komponenti solarnih panela i razvrstajmo ih prema njihovoj učinkovitosti:

• Učinkovitost od 44,7% iz prvog nesveučilišnog istraživačkog instituta u Njemačkoj. Rezultat je dobiven za trospojne koncentratore slojeva složenog sastava poluvodiča (Ga 0,35 V 0,65 P / Ga 0,83 V 0,17 As / Ge). Takve solarne ćelije su složene i ne koriste se u stambene ili komercijalne svrhe jer su jako skupe. Koriste se u svemirska tehnologija proizvođača kao što je NASA, gdje je prostor ograničen.
• Učinkovitost od 37,9% dobivena od jednoslojnog spojnog modula poluvodiča (InGaP/GaAs/InGaAs). U ovom slučaju rezultat je dobiven isključivo za 90° normalno na Sunce. Ove solarne ćelije također su složene i dugotrajne za proizvodnju, ali njihova industrijska proizvodnja izgleda mnogo obećavajuća.
• 32,6% postigli su španjolski istraživači s instituta (IES) i sveučilišta (UPM). Koristili su multi-module dual-junction poluvodičkih čvorišta. Opet, ti su elementi još uvijek daleko od široke upotrebe za komercijalne ili stambene primjene.

Balansiranje učinkovitosti solarnih panela

Postoji oko desetak velikih proizvođača koji proizvode solarne panele s relativno dobrom učinkovitošću i umjerenom cijenom. Vodeće tvrtke koje proizvode solarne panele koristeći najsuvremenije tehnologije mogu industrijski proizvoditi solarne ćelije s učinkovitošću blizu 25%. Istodobno, masovna proizvodnja modula s učinkovitošću solarnih ćelija, koja u pravilu ne prelazi 14-17%, dobro je uspostavljena. Glavni razlog ove razlike u učinkovitosti je taj što istraživačke metode koje se koriste u laboratorijima nisu prikladne za komercijalnu proizvodnju fotonaponskih proizvoda i stoga pristupačnije tehnologije imaju relativno niske troškove proizvodnje, što dovodi do smanjenja učinkovitosti u korištenju.

Da bismo to učinili, prikazat ćemo na grafikonu ovisnost cijene gotovog modula o cijeni proizvedene električne energije za tehnološke serije solarnih baterija s njihovim karakterističnim pokazateljima učinkovitosti.

Usporedni grafikon jasno pokazuje ekonomsku učinkovitost solarnih panela s početnim laboratorijskim pokazateljima učinkovitosti, proizvedenih različitim tehnologijama, u odnosu na optimalnu cijenu proizvedene električne energije od 6 centi po kWh (3,4 rublja/kWh).

Dakle, najpristupačnije i najjeftinije solarne ćelije izrađene od amorfnog silicija u obliku tankog savitljivog filma isplate se relativno malim veličinama, ali nisu ekonomski učinkovite za velike potrebe za električnom energijom. Naširoko se koriste za prijenosni punjači telefoni, lampe itd.

Baterije od polikristalnog silicija već postaju učinkovite u stambenim zgradama i malim staklenicima.

Elementi eksperimentalnih solarnih elektrana izrađeni su na bazi visoko pročišćenih monokristala silicija (99.999). Imaju optimalne pokazatelje učinka i imaju ekonomski opravdano razdoblje povrata.

Najnoviji znanstveni razvoj fotoćelije najveće učinkovitosti koriste se isključivo u onim granama znanosti i industrije gdje cijena nije glavni kriterij odabira.

Korištenje solarnih panela sve je više uključeno u razna područja našeg života, ali nažalost, zbog nesavršenosti tehnologije proizvodnje (i kao posljedica prilično niske učinkovitosti) uz značajan trošak, nema široku primjenu.

Uz sve veće cijene električne energije, neminovno počinjete razmišljati o korištenju prirodnih izvora za napajanje. Jedna od tih mogućnosti su solarni paneli za vaš dom ili vrt. Po želji mogu u potpunosti zadovoljiti sve potrebe čak i velike kuće.

Projekt solarnog sustava napajanja

Pretvaranje sunčeve energije u električnu - ova ideja je dugo držala znanstvenike budnima. Otkrićem svojstava poluvodiča to je postalo moguće. Solarne ćelije koriste kristale silicija. Kada ih sunčeva svjetlost pogodi, u njima se stvara usmjereno kretanje elektrona, koje se naziva električna struja. Kada spojimo dovoljan broj takvih kristala, dobivamo sasvim pristojne struje: jedna ploča s površinom nešto većom od metra (1,3-1,4 m2 s dovoljnom razinom osvjetljenja može proizvesti do 270 W (napon 24 V).

Budući da se osvjetljenje mijenja ovisno o vremenu i dobu dana, nije moguće izravno spojiti uređaje na solarne panele. Trebamo cijeli sustav. Osim solarnih panela potrebno vam je:

• Baterija. Tijekom dana, pod utjecajem sunčeve svjetlosti, solarni paneli proizvode električna struja za dom, vikendicu. Ne koristi se uvijek u potpunosti; njegov se višak nakuplja u bateriji. Akumulirana energija se troši u lošem vremenu.
• Kontrolor. Nije obavezan dio, ali poželjan (ako imate dovoljno sredstava). Prati razinu napunjenosti baterije kako bi spriječio njezino prekomjerno pražnjenje ili prekoračenje maksimalne razine napunjenosti. Oba ova uvjeta štetna su za bateriju, tako da postojanje kontrolera produljuje vijek trajanja baterije. Regulator također osigurava optimalan rad solarnih panela.
• DC u AC pretvarač (inverter). Nisu svi uređaji dizajnirani za D.C.. Mnogi rade na izmjeničnom naponu od 220 volti. Pretvarač omogućuje dobivanje napona od 220-230 V.

Solarni paneli za dom samo su dio sustava

Ugradnjom solarnih panela za vaš dom ili vikendicu možete postati potpuno neovisni o službenom dobavljaču. Ali za ovo morate imati veliki broj baterija, određeni broj baterija. Komplet koji proizvodi 1,5 kW dnevno košta oko 1000 USD. To je dovoljno za potrebe ljetne kućice ili dijela električne opreme u kući. Skup solarnih panela za proizvodnju 4 kW dnevno košta oko 2200 dolara, za 9 kW dnevno - 6200 dolara. Budući da su solarni paneli za dom modularan sustav, možete kupiti instalaciju koja će zadovoljiti dio potreba, postupno povećavajući svoju produktivnost.

Vrste solarnih panela

Uz rastuće cijene energije, ideja o korištenju solarne energije za proizvodnju električne energije postaje sve popularnija. Štoviše, razvojem tehnologije solarni pretvarači postaju sve učinkovitiji, a ujedno i jeftiniji. Dakle, ako želite, svoje potrebe možete zadovoljiti ugradnjom solarnih panela. Ali događaju se različite vrste. Hajdemo shvatiti.

Sama solarna baterija je niz fotoćelija smještenih u zajedničkom kućištu, zaštićenih prozirnom prednjom pločom. Za korištenje u kućanstvu Solarne ćelije proizvode se na bazi silicija, budući da je relativno jeftin, a elementi koji se temelje na njemu imaju dobru učinkovitost (oko 20-24%). Na bazi kristala silicija izrađuju se monokristalne, polikristalne i tankoslojne (fleksibilne) solarne ćelije. Određeni broj ovih fotoćelija je međusobno električno spojen (serijski i/ili paralelno) i spojen na stezaljke koje se nalaze na kućištu.

Fotoćelije su ugrađene u zatvoreno kućište. Kućište solarne baterije izrađeno je od eloksiranog aluminija. Lagana je i nije korozivna. Prednja ploča izrađena je od izdržljivog stakla, koje mora izdržati opterećenja snijega i vjetra. Osim toga, mora imati određena optička svojstva – imati maksimalnu prozirnost kako bi propuštao što više zraka. Općenito, zbog refleksije gubi se značajna količina energije, pa su zahtjevi za kvalitetom stakla visoki, a ono je također presvučeno antirefleksnom smjesom.

Vrste fotoćelija za solarne ploče

Solarni paneli za dom izrađeni su od tri vrste silicijskih ćelija;

Ako imate kosi krov, a fasada je okrenuta prema jugu ili istoku, nema smisla previše razmišljati o prostoru koji zauzima. Polikristalni moduli bi mogli dobro odgovarati ovome. Za istu količinu proizvedene energije koštaju nešto manje.

Kako odabrati pravi sustav solarnih panela za vaš dom

Postoje uobičajene zablude koje vas tjeraju da trošite dodatni novac na preskupu opremu. Ispod su preporuke o tome kako pravilno izgraditi sustav napajanja iz solarnih panela i ne trošiti dodatni novac.

Što kupiti

Nisu sve komponente solarne elektrane vitalne za rad. Bez nekih se dijelova može. Služe za povećanje pouzdanosti, ali bez njih sustav je operativan. Prvo što treba zapamtiti je kupiti solarne panele krajem zime, početkom proljeća. Prvo, vrijeme je u ovom trenutku izvrsno, ima mnogo sunčanih dana, snijeg odbija sunce, povećavajući ukupnu rasvjetu. Drugo, u ovo vrijeme tradicionalno se najavljuju popusti. Slijede savjeti:

Ako koristite samo ove savjete i spojite samo opremu koja radi na konstantnom naponu, sustav solarnih panela za vaš dom koštat će mnogo skromniji iznos od najjeftinijeg kompleta. Ali to nije sve. Dio opreme možete ostaviti "za kasnije" ili u potpunosti bez nje.

Bez čega možete?

Cijena skupa solarnih panela za 1 kW dnevno je više od tisuću dolara. Značajna investicija. Neizbježno ćete se zapitati isplati li se i koji će biti rok povrata. Prema trenutnim cijenama, morat ćete čekati više od godinu dana dok ne dobijete svoj novac natrag. Ali troškovi se mogu smanjiti. Ne nauštrb kvalitete, već zbog blagog smanjenja udobnosti rada sustava i zbog razumnog pristupa odabiru njegovih komponenti.

Dakle, ako je proračun ograničen, možete proći s nekoliko solarnih panela i baterija, čiji je kapacitet 20-25% veći od maksimalnog punjenja solarnih panela. Za praćenje stanja kupite sat za auto koji mjeri i napon. To će vas spasiti od mjerenja napunjenosti baterije nekoliko puta dnevno. Umjesto toga, s vremena na vrijeme morat ćete pogledati na sat. To je sve za početak. U budućnosti možete kupiti dodatne solarne ploče za svoj dom i povećati broj baterija. Po želji možete kupiti pretvarač.

Određivanje veličine i broja fotoćelija

Dobri solarni paneli od 12 volti trebali bi imati 36 ćelija, a solarni paneli od 24 volti trebali bi imati 72 solarne ćelije. Ova količina je optimalna. S manje fotoćelija nikada nećete dobiti navedenu struju. A ovo je najbolja opcija.

Ne biste trebali kupovati dvostruke solarne ploče - 72 odnosno 144 elementa. Prvo, vrlo su velike, što je nezgodno za transport. Drugo, na nenormalno niskim temperaturama, koje povremeno doživljavamo, oni prvi kvare. Činjenica je da se folija za laminiranje znatno smanjuje u veličini na hladnom vremenu. Na velikim pločama se zbog velike napetosti ljušti ili čak lomi. Transparentnost se gubi, a produktivnost katastrofalno pada. Ploča je na popravku.

Drugi faktor. Na većim pločama debljina tijela i stakla trebala bi biti veća. Uostalom, povećavaju se opterećenja vjetrom i snijegom. Ali to se ne radi uvijek jer se cijena značajno povećava. Ako vidite dvostruku ploču, a cijena za nju je niža nego za dvije "obične", bolje je potražiti nešto drugo.

Opet: najbolji izbor— solarna ploča od 12 volti za dom, koja se sastoji od 36 fotoćelija. Ovo je najbolja opcija, dokazana praksom.

Tehničke specifikacije: što tražiti

Certificirani solarni paneli uvijek pokazuju radnu struju i napon, kao i napon otvorenog kruga i struju kratkog spoja. Vrijedno je uzeti u obzir da su svi parametri obično naznačeni za temperaturu od +25 ° C. Za sunčanog dana na krovu baterija se zagrijava do temperatura znatno viših od ove brojke. Ovo objašnjava prisutnost višeg radnog napona.

Također obratite pozornost na napon otvorenog kruga. U normalnim baterijama to je oko 22 V. I sve bi bilo u redu, ali ako radite na opremi bez odspajanja solarnih panela, napon praznog hoda oštetit će pretvarač ili drugu spojenu opremu koja nije dizajnirana za takav napon. Stoga, tijekom bilo kojeg rada - prebacivanje žica, spajanje / odspajanje baterija itd. itd. - prva stvar koju trebate učiniti je odspojiti solarne ploče (ukloniti priključke). Nakon što ste prošli kroz krug, spajate ih posljednje. Ovaj postupak će vam uštedjeti mnogo živaca (i novca).

Kutija i staklo

Solarni paneli za dom imaju aluminijsko tijelo. Ovaj metal ne korodira i ima dovoljnu čvrstoću i malu težinu. Normalno tijelo mora biti sastavljeno od profila koji sadrži najmanje dva ukrućenja. Osim toga, staklo mora biti umetnuto u poseban utor, a ne fiksirano na vrhu. Sve su to znakovi normalne kvalitete.

Prilikom odabira solarne baterije obratite pozornost na staklo. U normalnim baterijama nije glatka, već teksturirana. Hrapav je na dodir, trljate li ga noktima, čuje se šuštanje. Osim toga, mora imati visokokvalitetni premaz koji minimalizira odsjaj. To znači da se u njemu ništa ne bi trebalo odražavati. Ako su refleksije okolnih predmeta vidljive pod bilo kojim kutom, bolje je pronaći drugu ploču.

Odabir presjeka kabela i finoće električnog spoja

Solarne ploče za vaš dom moraju biti spojene pomoću jednožilnog bakrenog kabela. Presjek kabela ovisi o udaljenosti između modula i baterije:

• udaljenost manja od 10 metara:
  • 1,5 mm2 po solarnoj bateriji od 100 W;
  • za dvije baterije - 2,5 mm2;
  • tri baterije - 4,0 mm2;
• udaljenost veća od 10 metara:
  • za spajanje jedne ploče uzimamo 2,5 mm2;
  • dva - 4,0 mm2;
  • tri - 6,0 mm2.

Možete uzeti veći presjek, ali ne manji (bit će veliki gubici, ali ne treba nam). Pri kupnji žica obratite pozornost na stvarni presjek, jer danas deklarirane dimenzije vrlo često ne odgovaraju stvarnim. Da biste provjerili, morat ćete izmjeriti promjer i izračunati poprečni presjek (možete pročitati kako to učiniti).

Kod sastavljanja sustava možete izvući pozitive solarnih panela višežilnim kabelom odgovarajućeg presjeka, a za negativ koristiti jedan debeli kabel. Prije spajanja na baterije sve "pluseve" propuštamo kroz diode ili diodne sklopove sa zajedničkom katodom. To sprječava kratki spoj baterije (što bi moglo uzrokovati požar) ako su žice između baterija i baterije kratko spojene ili polomljene.

Diode koriste tipove SBL2040CT, PBYR040CT. Ako ih ne pronađete, možete ih ukloniti sa starih izvora napajanja osobnih računala. Obično postoje SBL3040 ili slični. Preporučljivo je proći kroz diode. Ne zaboravite da se jako zagrijavaju pa ih morate montirati na radijator (možete koristiti samo jedan).

Sustav također zahtijeva kutiju s osiguračima. Po jedan za svakog potrošača. Kroz ovaj blok povezujemo cijelo opterećenje. Prvo, sustav je sigurniji. Drugo, ako se pojave problemi, lakše je odrediti njihov izvor (pregorjelim osiguračem).

Konstantno istražujući nove granice, solarna energija ide naprijed, podižući učinkovitost solarnih panela na novu razinu. Nije tajna da se performanse koje solarni paneli pružaju ne mogu natjecati s poznatim izvorima energije. To je zbog niske učinkovitosti postojećih ploča.

Utjecaj različitih čimbenika na performanse

Povećanje učinkovitosti solarnih modula glavobolja je za sve istraživače koji rade u tom smjeru. Danas se učinkovitost takvih uređaja kreće od 15 do 25%. Postotak je vrlo nizak. Solarne baterije su izuzetno zahtjevan uređaj čiji stabilan rad ovisi o mnogo razloga.

Glavni čimbenici koji mogu utjecati na izvedbu na dva načina uključuju:

• Osnovni materijal solarne ćelije. Najslabije po tom pitanju su polikristalne solarne ćelije koje imaju učinkovitost do 15%. Moduli na bazi indija-galija ili kadmija-telurija, koji imaju do 20% produktivnosti, mogu se smatrati obećavajućim.
• Orijentacija prijemnika sunčevog toka. Idealno bi bilo da solarni paneli svojom radnom površinom budu okrenuti prema suncu pod pravim kutom. U tom položaju trebaju ostati što je duže moguće. Kako bi se povećalo trajanje ispravnog pozicioniranja modula na suncu, skuplji analozi imaju u svom arsenalu uređaj za praćenje sunca, koji rotira baterije prateći kretanje svjetiljke.
• Pregrijavanje instalacija. Povišene temperature negativno utječu na proizvodnju električne energije, stoga je prilikom ugradnje potrebno osigurati odgovarajuću ventilaciju i hlađenje panela. To se postiže ugradnjom ventiliranog razmaka između panela i montažne površine.
• Sjena koju baca bilo koji predmet može značajno pokvariti učinkovitost cijelog sustava.

Ispunjavanjem svih zahtjeva i po mogućnosti postavljanjem panela na željenu poziciju, dobivate solarne panele visoke učinkovitosti. Točno visoko, ne maksimalno. Činjenica je da je izračunata, odnosno teoretska učinkovitost, vrijednost dobivena u laboratorijskim uvjetima, s prosječnim parametrima trajanja dnevnog svjetla i broja oblačnih dana.

U praksi će, naravno, postotak blagotvornih učinaka biti manji.

Kada birate solarne panele za svoj dom, bolje je usredotočiti se na donju granicu učinka nego na gornju granicu. Nakon što ste tako odabrali solarne module i sve komponente potrebne za rad, možete biti sigurni da instalirana instalacija ima dovoljnu snagu. Odabirom donje granice učinka prilikom izračuna možete uštedjeti na kupnji dodatnih ploča koje se kupuju za reosiguranje u slučaju nedostatka struje.

Poticanje perspektive razvoja

Danas apsolutni rekord u učinkovitosti solarne energije pripada američkim programerima i iznosi 42,8%. Ova vrijednost je 2% veća od prethodnog rekorda iz 2010. Rekordna količina energije postignuta je usavršavanjem solarne ćelije od kristalnog silicija. Jedinstvenost takve studije je činjenica da su sva mjerenja provedena isključivo u radnim uvjetima, odnosno ne u laboratorijskim i stakleničkim prostorijama, već na stvarnim lokacijama predložene instalacije.

Iza kulisa istih tehničkih laboratorija nastavlja se rad na povećanju najnovijeg rekorda. Sljedeći cilj programera je ograničiti učinkovitost solarnih modula na 50%. Čovječanstvo je svakim danom sve bliže trenutku kada će solarna energija u potpunosti zamijeniti štetne i skupe izvore energije koji se trenutno koriste, te se izjednačiti s takvim divovima kao što su hidroelektrane.