Solární články s vysokou účinností. Nový rekord! účinnost solárních panelů

V dnešní době si stále větší oblibu získávají různé typy solárních panelů. A ne nadarmo, protože kromě toho, že obyvatelstvo planety Země začíná uvažovat o ekologických zdrojích energie, jsou solární panely stále energeticky efektivnější. Samozřejmě to nejzákladnější, co jde do každého solárního napájecího systému, jsou panely nebo baterie. takže je důležité pochopit, co je co. Systém je samozřejmě mnohem složitější a zahrnuje všemožné stabilizátory, měniče atd., ale to není to hlavní.

Jaké jsou typy solární panely nebo panely?

Na tento moment typy solárních baterií jsou tak rozmanité a je jich tolik, že každý spotřebitel, který si chce takový zdroj energie pořídit, si klade otázku: „ Jak vybrat solární baterii? Co jsou solární panely?“ Náš článek je o tom: pokusíme se, aniž bychom se dostali do divočiny technologie, zjistit, na jaké typy baterií nebo panelů napájených solární energií se dělí, protože trh je plný skvělé nabídky a my vám chceme prodat ten či onen systém. V první řadě se solární moduly liší materiály, principem činnosti a principem výroby. Pojďme tedy zjistit co a proč.

křemíkové solární články

Tento typ solárních panelů Liší se především materiálem, kterou, jak už z názvu asi tušíte, představuje křemík. Jedná se o nejoblíbenější baterie na dnešním trhu. Je to dáno tím, že křemík je poměrně snadno dostupný materiál, je levný a zároveň má dobré výkonnostní ukazatele ve srovnání s konkurenčními typy solárních modulů. Vyrábějí se nejen z křemíku, ale také z mono, polykrystalů a také amorfního křemíku. Jaký je rozdíl?

Monokrystalické solární panely

Pro výrobu monokrystalických solárních článků se používá čištěný, nejčistší křemík.. Tento typ solárních panelů vypadá jako silikonová voština nebo články, které jsou spojeny do jedné struktury. Poté, co vyčištěný monokrystal ztuhne, je rozdělen na super tenké destičky o tloušťce až 300 mikronů. Takto hotové desky jsou spojeny tenkou mřížkou elektrod. Ty jsou oproti amorfním bateriím dražší, protože technologie jejich výroby je mnohonásobně složitější. Zároveň by se takové baterie měly volit minimálně pro jejich vysokou faktor účinnosti (COP). Na úrovni 20 %. Ano, pro solární panely je to dobrý ukazatel.

Polykrystalické solární panely

Pro to pro získání polykrystalů se křemíková látka pomalu ochladí. Tento přístup k technologii výroby je mnohem levnější než u předchozího typu panelů, a proto je tento typ levnější. Zároveň je na výrobu potřeba méně energie, což má opět příznivý vliv na cenu. Ale co je třeba obětovat? Proto tyto baterie Účinnost je nižší - až 18%. Takový pokles koeficientu je spojen s útvary uvnitř polykrystalu, které snižují účinnost. Pro lepší pochopení rozdílů mezi prvním a druhým typem baterií se podívejte do tabulky:

Srovnávací tabulka monokrystalických a polykrystalických solárních panelů:

Amorfní solární panely nebo amorfní křemíkové baterie

• Tento typ solárních článků lze klasifikovat jako křemíkové (protože výrobní materiál - křemík) a k filmovým, protože jsou vyrobeny podle principu výroby filmových baterií. Ale stále existují rozdíly.

• Tady nepoužívají se křemíkové krystaly, ale tzv. silan (křemíkový vodík). Nanáší se na substrát uvnitř baterií. Účinnost tohoto typu solárních panelů je mnohem nižší – cca 5 %. Ale není to tak zlé! Existují také výhody, mezi které můžeme jmenovat: mnohem lepší absorpce (20x lepší), funguje lépe při nepřítomnosti přímého slunce, když je zataženo, elasticita panelů.

• Taky existují kombinace mono- a polykrystalických panelů s amorfními. Tato kombinace kombinuje výhody dvou různé typy. Například baterie fungují lépe, když slunce nestačí na běžné krystalické baterie.

Fóliové solární panely

Filmové panely jsou dalším krokem ve vývoji solárních zdrojů energie. Krok, který je diktován především potřebou snížit ceny za výrobu baterií a snahou zlepšit energetickou účinnost.

Filmové baterie na bázi teluridu kadmia

• Kadmium je materiál, který má vysoká úroveň absorpce světla, objevený jako materiál pro solární panely v 70. letech. Dnes se tento materiál využívá nejen ve vesmíru, na oběžné dráze v blízkosti Země, ale aktivně se využívá i jako materiál pro solární panely pro běžné, domácí použití.

• Hlavním problémem při použití takového materiálu je jeho toxicita.. Výzkumy však naznačují, že hladina kadmia. který uniká do atmosféry, je příliš malý na to, aby byl škodlivý pro lidské zdraví. Také navzdory nízké účinnosti v oblasti 10% jsou náklady na jednotku energie v takových bateriích nižší než u analogů.

Filmové panely na bázi selenidu mědi a india

Typ solárních panelů vyrobených z takových materiálů jako polovodič použít měď, indium, selen. Mimochodem, indium je hlavní, velmi potřebný materiál, který se používá při výrobě monitorů z tekutých krystalů. Proto, ponecháním takového materiálu pro tyto účely, se často používá gallium, které ve svých funkcích nahrazuje indium. Účinnost je zde vyšší než u baterií z teluridu kadmia – asi 20 %.

Polymerové solární panely

Typ solárních panelů, který byl vynalezen nedávno a začal se vyrábět. Zde jsou vodiče polyfenylen, furelleny, ftalocyanin mědi. Navíc je takový film velmi tenký - asi 100 nm. I přes nízká úroveňÚčinnost, cca 5%, můžete ještě zdůraznit důvody, proč si vybrat tento typ solárních panelů: Dostupnost materiálů, nízká cena, žádné škodlivé emise do atmosféry. Tyto baterie jsou tedy pro spotřebitele skvělé, protože mají vynikající elasticitu a jsou šetrné k životnímu prostředí.

Srovnávací tabulka: typy solárních panelů a úroveň účinnosti

Na závěr bych rád porovnal koeficienty účinnosti jednotlivých typů solárních panelů, ale nezapomeňte, že kromě účinnosti existuje mnoho dalších faktorů, které mohou každý typ charakterizovat k dobrému i špatnému.

Co jsou koncentrační solární moduly?

Koncentrační moduly pomáhají efektivněji využívat plochu solárních panelů, což má za následek téměř dvojnásobnou úsporu místa. Takový systém je však komplikovaný nutností instalace mechanický modul, který by natáčel objektiv směrem ke slunci. Zvláště takové instalace jsou nutné v místech, kde je přímé sluneční záření po celý rok hojné.

Fotosenzitivní baterie

Fotosenzibilizační barvivo opět pomáhá optimalizovat příjem sluneční energie, ale zároveň solární panely fungující na tomto principu připomínají spíše proces fotosyntézy v přírodě. Jde však zatím pouze o koncepční nápad, který nemá žádnou realizaci. Kdo ví, možná, že v době, kdy se rozhodnete koupit solární panely, se již budou na trhu s velkou silou prodávat.

No, přišli jste na to, co jsou solární panely? Doufáme, že vám tento článek pomůže při rozhodování, jakou baterii do vašeho domova dodat., ale pokud máte po přečtení ještě další otázky - vítáme vás na našich webových stránkách, kde najdete veškeré informace o solárních panelech a zdrojích solární energie, stejně jako o různé druhy solární panely.

Rekordman z hlediska účinnosti mezi solárními bateriemi, z těch či oněch dostupných na dnešním trhu, jsou vyvinuty Institutem pro solární energetické systémy Fraunhoferovy společnosti v Německu, solární baterie založené na vícevrstvých fotovoltaických článcích. Od roku 2005 je Soitec komercializuje.

Velikost samotných fotobuněk nepřesahuje 4 milimetry a ostření sluneční světlo je jich dosaženo použitím pomocných koncentračních čoček, díky nimž se nasycené sluneční světlo přeměňuje na elektřinu s účinností až 47 %.

Baterie obsahuje čtyři p-n křižovatka takže čtyři různé části fotobuňky mohou účinně přijímat a převádět záření se specifickou vlnovou délkou, ze slunečního světla koncentrovaného 297,3krát, v rozsahu vlnových délek od infračerveného po ultrafialové.

Výzkumníci pod vedením Franka Dimirotha si původně dali za úkol vypěstovat vícevrstvý krystal a řešení bylo nalezeno – spojili růstové substráty a výsledkem byl krystal s různými polovodičovými vrstvami se čtyřmi fotovoltaickými subčlánky.

Vícevrstvé fotovoltaické články se již dlouho používají na kosmických lodích, ale nyní byly solární stanice založené na nich již spuštěny v 18 zemích. To je možné díky zlepšení a snížení nákladů na technologii. V důsledku toho poroste počet zemí zásobovaných novými solárními stanicemi a na průmyslovém solárním trhu existuje trend ke konkurenci.

Na druhém místě jsou solární panely na bázi třívrstvých fotočlánků Sharp, jejichž účinnost dosáhla 44,4 %. Fosfid indium-gallium je první vrstvou solárního článku, arsenid galia je druhou a arsenid indium-gallia je třetí vrstvou. Tyto tři vrstvy jsou odděleny dielektrikem, které slouží k dosažení tunelového efektu.

Koncentrace světla na fotočlánku je dosaženo díky Fresnelově čočce, jako u německých vývojářů - světlo slunce je koncentrováno 302krát a převáděno třívrstvým polovodičovým fotočlánkem.

Vědecký výzkum vývoje této technologie provádí Sharp nepřetržitě od roku 2003 s podporou NEDO, japonské organizace veřejné správy, která propaguje vědecký výzkum a rozvoj, jakož i šíření průmyslových, energetických a environmentálních technologií. Do roku 2013 dosáhl Sharp rekordu 44,4 %.

Dva roky před Sharpem, v roce 2011, americká společnost Solar Junction již vydala podobné baterie, ale s účinností 43,5 %, jejichž prvky měly velikost 5 x 5 mm a ostření bylo prováděno rovněž čočkami, které koncentrovaly sluneční světlo 400krát. Fotovoltaické články byly tříčlenné na bázi germania a skupina dokonce plánovala vytvoření pěti a šestičlenných fotočlánků pro lepší zachycení spektra. Výzkum provádí společnost dodnes.

Nejvyšší rekordní účinnost tak mají solární panely vyrobené v kombinaci s koncentrátory, které, jak vidíme, se vyrábějí v Evropě, Asii a Americe. Tyto baterie se ale vyrábějí hlavně pro stavbu velkých pozemních solárních elektráren a pro efektivní napájení kosmických lodí.

V poslední době byl zaznamenán rekord na poli běžných spotřebitelských solárních panelů, které má k dispozici většina lidí, kteří je chtějí dodat například na střechu domu.

V polovině podzimu 2015 představila společnost Elona Muska SolarCity nejúčinnější spotřebitelské solární panely, jejichž účinnost přesahuje 22 %.

Tento ukazatel byl potvrzen měřením provedeným laboratoří Zkušebního centra obnovitelné energie. Továrna v Buffalu si již stanovila denní cíl výroby 9 000 až 10 000 solárních panelů, jejichž přesné specifikace ještě nebyly oznámeny. Společnost již plánuje zásobovat svými bateriemi nejméně 200 000 domácností ročně.

Jde o to, že optimalizované technologický postup umožnilo podniku výrazně snížit výrobní náklady a zároveň zvýšit účinnost 2krát ve srovnání s široce používanými spotřebitelskými silikonovými solárními panely. Musk je přesvědčen, že jeho solární panely budou v blízké budoucnosti u majitelů domů nejoblíbenější.

Křičím a pláču, asi takhle mělo video začínat, ale mnoho lidí okamžitě začne přemýšlet špatným směrem. Ano, existuje mnoho materiálů o účinnosti solárních panelů. Ano, tolik, že každý hledá solární panel s účinností 30 -50%, bez ohledu na to, kolik stojí. Počkej co? Jste opravdu jedním z těch, kteří si myslí, že dnes je účinnost panelů in otevřený přístup to nestačí. Opravdu je 22 -28 % málo?

Chcete příklad toho, co má opravdu nízkou účinnost, a zde se budeme bavit o solárních panelech vyrobených v roce 1990 s účinností kolem 10%, a víte, nyní mohu rozhodně s jistotou říci, že pohádka, kterou každý, kdo nerozumí tomuto šíření na internetu, je to nehorázná lež. A abych to řekl s důvěrou, potřeboval jsem si za své peníze koupit 2 panely, nainstalovat je do práce a pozorovat je asi rok různé možnosti spojení.

Jaký je verdikt připraven.

Účinnost starších solárních panelů dřívější výroby před rokem 2010 je výrazně nižší než účinnost moderních panelů a ani zde se nebavíme o zlevňování těch druhých, ale o technologii výroby. Nebudeme se dotýkat toho, že ty moderní jsou tenčí, mají nový savý nátěr, který je účinnější než staré panely a méně bledne. Ne, bavíme se jen o efektivitě.

Pro začátek, co je účinnost - koeficient výkonu.

Tak, prostá řeč, takto efektivně fungují solární panely nyní, ale ne v budoucnu, protože čím dále a déle solární panel funguje, účinnost stále níž a níž. A pokud vytáhnete a naložíte solární panely zkrat, spirálové nebo IR lampy, jak to někteří dělají. Účinnost solárních panelů se jednoduše roztaví několikrát rychleji.

Takže takové informace opravdu nejsou, i když jsou tak drsné, zvláště při takovém opotřebení solární panely jsou u nás problematické. A čím skončíme?

Je to jednoduché, když je slunce, solární panely vydají téměř všechen svůj výkon, ale pracovní a klidové napětí opadlo. Ano, proud trochu klesl, asi 0,5 - 1A. A tady by se dalo podle slov většiny blogerů skončit, ale ne, naše efektivita také klesla, nyní solární panely vydávají méně jak v napětí, tak v proudu, v zatažené obloze nebo v odraženém světle. Jedná se o pokles účinnosti nebo opotřebení panelu. Zdá se, že to funguje, ale zdá se, že ani za špatného počasí.

Myslíš si všechno, ale nebylo to tam, už jsem zvyklý říkat všechno nebo skoro všechno, i když na mě v přítomném čase létají pantofle a v budoucnu se shromažďují a říkají, proč jsi to nevěděl: ) Řeknu vám další problém opotřebovaných solárních panelů.

A to! Jde o to, že v důsledku opotřebení solárního panelu a silně poškozeného a vypáleného savého a světlo pohlcujícího povlaku mimochodem někteří lidé, kteří se v tom neznají, nazývají tento povlak rozptylovým povlakem nebo tak nějak. Ale správně absorbuje a absorbuje světlo, jeho úkolem je chránit křemíkový plátek a strukturu samotného prvku a účinněji absorbovat sluneční světlo! Většina účinnosti závisí na této tenké vrstvě.

Takže když se zhroutí a vyhoří, solární články se začnou silněji zahřívat a jejich výkon klesne. Efekt je velmi podobný polorozbitému nebo přehřátému polovodiči, který zdánlivě funguje, ale zahřívá se a jeho vlastnosti klesají. Takže, protože solární článek je stejný vodič s n-n přechod, pouze větší velikost všechna pravidla elektroniky platí i pro solární článek.

A co je nejdůležitější, není možné kombinovat staré solární a nové, protože když výkon klesne na slabé a nové stále pokračují, staré panely na sebe vezmou část výkonu jako zátěž, čímž topení na ulici místo práce!

A je to. A teď o tom budu hovořit častěji, aby většina vypravěčů i lidí, kteří se této věci nezabývají, měla kompetentnější informace. A pokud existují skutečná pozorování, pak jsou zde informace o tom, jak prodloužit životnost solárních článků.

Kolem konceptu účinnosti solárního systému dnes panuje mnoho zmatků, což je důležité kritérium jejich náklady. Pojem účinnost solárních článků se týká procenta slunečního záření dopadajícího na panel, přeměněného na elektřinu, s dalším využitím. Různé materiály pro solární panely vytvářejí různé účinnosti, dokonce i stejné výrobní společnosti mají různou účinnost konverze. Zvýšení účinnosti je nejlepší způsob snížit náklady na solární energii.

Účinnost solární baterie závisí na čistotě desek, které se používají jako suroviny při výrobě. Kromě toho je velmi důležité, zda je panel monokrystalického nebo polykrystalového typu. Většina velkých společností zaměřuje své úsilí na zlepšení účinnosti, na snížení nákladů na nemilosrdné využívání solární energie.

Zvažte celkový rozsah účinnosti solárních panelů na základě odlišné typy prvky a různé technologie.

Existují následující - polykrystalický nebo monokrystalický křemík. Multisolární panely mají nižší účinnost než monokrystalické baterie.

Účinnost solárního článku se může u běžného monokrystalického křemíku lišit od 12 % do 20 %. U běžně instalovaných je vypočtená účinnost 15 % a závisí na typu výkonu samotného křemíku. Někteří světoví výrobci neustále zlepšují efektivitu, aby snížili své náklady a zůstali před soupeři v tomto konkurenčním odvětví. Jiné maximalizují účinnost použití krystalických solárních článků velkém měřítku Výroba.

Polykrystalické solární články mají nižší cenu než monokrystalické a účinnost v rozmezí 14-17%.

Tenkovrstvá technologie má oproti uhlíkovo-křemíkovým materiálům řadu výhod.

Technologie amorfního křemíku C-Si mají nejnižší průměrnou účinnost, ale jsou nejlevnější.

Největší potenciál pro zlepšení účinnosti mají měď-indium-gallium-sulfid (CIGS) a kadmium-tellurium (Cd-Te). Mnoho výrobců posouvá vývoj této technologie kupředu a představuje jednu z nejvyšších měr účinnosti svých modelů, která ji zvyšuje o 19 %. Této hodnoty dosáhli pomocí několika metod, včetně použití reflexních vrstev, které dokážou zachytit více světla z rohu.

Pokud odůvodníte závislost ne na materiálu, ale na celkové rozměryČím vyšší je účinnost, tím menší je požadovaná plocha pracovní plochy baterií.

Ačkoli se průměrné procento může zdát trochu nízké, je snadné vyměnit zařízení, přesně při instalaci, s dostatečným výkonem pro pokrytí energetických potřeb.

Mezi faktory ovlivňující účinnost solárních panelů patří:

Orientace montážní plochy
Střecha by měla ideálně směřovat na jih, ale kvalita provedení může často kompenzovat jiné směry.

Úhel náklonu
Výška a sklon povrchu může ovlivnit počet hodin slunečního záření přijatého v průměrném dni během roku. Velké komerční systémy mají solární sledovací systémy, které automaticky mění úhel slunečního paprsku během dne. Obvykle se nepoužívá pro obytné instalace.

Teplota
Většina panelů se během používání zahřívá. Proto je obvykle potřeba je instalovat mírně nad úroveň střechy, aby bylo zajištěno dostatečné proudění chladicího vzduchu.

Stín
V zásadě je stín nepřítelem sluneční energie.Při nešťastném provedení montáže může i malé množství stínu na jednom panelu zastavit produkci energie na všech ostatních prvcích.Před návrhem systému je třeba provést podrobný rozbor stínění montážní plocha se provádí pro identifikaci možných tvarů stínu a slunečního záření po celý rok. Poté je provedena další podrobná analýza ověřující vyvozené závěry.

Běžné solární panely s vysoce účinnými solárními systémy průmyslového měřítka jsou instalovány na hromadách nad zemí o výšce 80 cm, umístěné ve směru od východu na západ, podél pohybu slunce, pod úhlem 25 stupňů.

Mám zájem setkávat se s lidmi, kteří jsou in neustálé hledání. Mezi nimi i můj kolega Alexander, fanoušek elektromobilů. Informace o jejím vývoji a formování vozového parku elektrických vozidel na Ukrajině naleznete zde. Ale kupodivu ho kromě elektromobilu zajímají i solární panely s vysokou účinností.

Poté, co jsem se ho na něco zeptal, jsem se musel trochu zapotit a vzešlo z toho toto.

Krystalické fotomoduly křemíku

Účinnost článků křemíkových modulů je dnes cca 15 - 20 % (polykrystaly - monokrystaly). Toto číslo se může brzy zvýšit o několik procent. Například SunTech Power, jeden z největších světových výrobců krystalických křemíkových modulů, oznámil svůj záměr uvést na trh do dvou let FV moduly s účinností 22 %.

Stávající laboratorní vzorky monokrystalických článků vykazují produktivitu 25 %, polykrystalické - 20,5 %. Teoretická maximální účinnost pro křemíkové jednopřechodové (p-n) prvky je 33,7 %. Do jeho dosažení je hlavním úkolem výrobců kromě zvyšování účinnosti článků zlepšovat technologii výroby a zlevňovat fotomoduly.

Samostatně jsou umístěny fotomoduly Sanyo vyrobené technologií HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) s použitím několika vrstev křemíku, podobně jako tandemové vícevrstvé články. Účinnost těchto prvků z monokrystalického C-Si a několika vrstev nanokrystalického nc-Si je 23 %. To je dnes nejvyšší účinnost článku ze sériových krystalických modulů.

Tenkovrstvé solární panely

Pod tímto názvem bylo vyvinuto několik různých technologií, o jejichž výkonu lze říci následující.

Dnes existují tři hlavní typy anorganických fóliových solárních článků – křemíkové fólie na bázi amorfního křemíku (a-Si), fólie na bázi teluridu kadmia (CdTe) a fólie selenidu mědi-india a galia (CuInGaSe2 nebo CIGS).

Účinnost moderních tenkovrstvých solárních článků na bázi amorfního křemíku je cca 10%, fotomoduly na bázi teluridu kadmia - 10-11% (výrobce First Solar), na bázi měď-indium-gallium selenid - 12-13% (japonské solární moduly SOLAR FRONTIER) . Ukazatele účinnosti sériových článků: CdTe mají účinnost 15,7 % (moduly MiaSole) a články CIGS vyrobené ve Švýcarsku - 18,7 % (EMPA).

Účinnost jednotlivých tenkovrstvých solárních článků je mnohem vyšší, např. údaje o výkonu laboratorních vzorků článků z amorfního křemíku - 12,2 % (United Solar), CdTe článků - 17,3 % (First Solar), CIGS článků - 20,5 % (ZSW). Z hlediska výroby zatím mezi ostatními tenkovrstvými technologiemi vedou solární konvertory na bázi tenkých vrstev amorfního křemíku - objem světového trhu tenkovrstvých Si prvků je cca 80 %, solární články na bázi teluridu kadmia - cca 18 % trhu a měď-indium-gallium selenid – 2 % trhu.

To je způsobeno především cenou a dostupností surovin a také vyšší stabilitou charakteristik než u vícevrstvých struktur. Všimněte si, že křemík je jedním z nejběžnějších prvků v zemské kůře, zatímco indium (prvky CIGS) a telur (prvky CdTe) jsou rozptýleny a těženy v malých množstvích. Kromě toho je kadmium (prvky CdTe) toxické, ačkoli většina výrobců takových solárních panelů garantuje plnou recyklaci svých produktů.

Další rozvoj fotoelektrických konvertorů na bázi anorganických tenkých vrstev je spojen se zdokonalováním technologie výroby a stabilizací jejich parametrů.

A přesto, na základě stálosti vlastností a relativně nízké ceny, jsou preferovány solární články vyrobené na bázi amorfního křemíku. Ale účinnost, jak vidíme, nemají více než 12,2%.

Lepších výsledků bylo zatím dosaženo v laboratorních podmínkách. Příkladem je vývoj inženýrů ze Švýcarské národní laboratoře pro materiály, vědy a technologie EMPA, kterým se podařilo dosáhnout vysoké míry účinnosti (20,4 %) při práci s novou generací tenkovrstvých solárních panelů. Nové panely jsou založeny na pružných polymerech z komplexní sloučeniny CIGS nebo měď-indium-gallium (di)selenid (měď-indium-gallium-(di)selenid).