کارآمدترین پنل های خورشیدی افزایش عملکرد پنل های خورشیدی

باتری های خورشیدی - تبدیل منحصر به فرد انرژی اشعه های نور به برق با نامحدود منبع خارجی. تقاضای روزافزون برای این محصولات به دلیل در دسترس بودن و سازگاری با محیط زیست تامین انرژی بدون مصرف مایع خنک کننده و همچنین بازپرداخت اقتصادی در 2 سال با حداقل عمر پانل 25 سال است.

اساس نیمه هادی ها یا پلیمرهای فیلم است، صفحه ای از لایه هایی با قطبیت های مختلف نور را به حرکت هدایت شده الکترون ها تبدیل می کند - این پدیده فیزیکیبدون تغییر برای همه پنل های خورشیدی. در عین حال، چنین طراحی کارایی مبدل های نوری را محدود می کند، بخشی از انرژی فوتون هنگام عبور از آن ناگزیر از بین می رود. مرزهای p-nانتقال در عمل، کارایی باتری ها تحت تأثیر عوامل زیادی قرار می گیرد: مواد، مساحت، مکان، شدت. شار نورانی، که در هنگام خرید و بهره برداری مورد توجه قرار می گیرد.

وابستگی کارایی به نوع مبدل های نوری

این شاخص به عنوان درصد انرژی الکتریکی تولید شده به توان حادثه تعریف می شود نور خورشید. مقدار آن تحت تأثیر خلوص صفحه و ساختار آن است: فیلم، پلی یا تک کریستال. نوع دوم جزو گران‌ترین و طولانی‌مدت‌ترین پنل‌های خورشیدی هستند، پنل‌های خورشیدی مقرون‌به‌صرفه با راندمان بالا برای خانه هنوز تنها از لایه‌های سیلیکونی با قطبیت‌های مختلف تولید می‌شوند. پانل های ترورید کادمیوم و CIGS که بر اساس تکنولوژی فیلم تولید می شوند، کمتر موثر هستند. راندمان باتری های کادمیوم تنها 11٪ است، اما آنها ارزان هستند و در عملکرد کاملاً قابل اعتماد هستند. یک شاخص کمی بالاتر برای فیلمی با ذرات رسوب‌شده گالیوم، مس، ایندیم و سلنیوم، فتوسل‌های CIGS 15 درصد کارآمد هستند.

برای مقایسه: راندمان مبدل های سیلیکونی تک کریستالی 25 درصد است، در حالی که برای زیر ماژول های لایه نازک یا آمورف از همان ماده حداکثر 10 است، دستگاه های مبتنی بر پلیمرهای آلی حداقل مقدار 5 درصد دارند. خیلی به مساحت پانل بستگی دارد، سلول های خورشیدی منفرد در تولید برق محدود هستند.

کارایی پنل های خورشیدی کوچک اجازه نمی دهد که از آنها برای تامین انرژی کامل استفاده شود، اما برای اجرای برخی از انواع الکترونیک کافی است. در هر صورت افزایش راندمان دستگاه ها و به حداقل رساندن هزینه آنها از اولویت های انرژی های مدرن است.

عوامل موثر بر کارایی پنل های خورشیدی

ضریب کارایی نه تنها به مواد و فناوری مورد استفاده بستگی دارد، بلکه به طیف وسیعی از شرایط خارجی نیز بستگی دارد:

1. شدت شار نور. به نوبه خود، این شاخص با مختصات جغرافیاییباتری واقع شده، به ویژه - با عرض جغرافیایی.

2. زاویه شیب سازه. در حالت ایده‌آل، شما باید پنل‌های خورشیدی را نصب کنید که آن را بر اساس گرادیان تابش پرتوها تغییر می‌دهند. چنین سیستمی گران تر است، اما به شما امکان می دهد مقدار قابل توجهی برق (تا 40-60٪) جمع آوری کنید و کمتر به فصل و زمان روز وابسته باشید.

3. دمای محیط. گرمایش تاثیر بدی بر اثر فوتوالکتریک دارد، باتری های تهویه شده بازده بسیار بالایی دارند. بطور متناقض، آنها در هوای یخبندان و صاف نسبت به هوای گرم انرژی بیشتری تولید می کنند (اگرچه اثر تجمعی کلی به دلیل ساعات کوتاه روز کاهش می یابد).

4. فصول. در عمل، بازده پانل های خورشیدی در زمستان 2 تا 8 برابر کاهش می یابد، اما این به دلیل بارش برف نیست: به سرعت در یک سطح تاریک ذوب می شود، علاوه بر این، مبدل های نوری نور پراکنده را کاملا درک می کنند.

5. گرد و غبار. هر چه قسمت بیرونی پنل های خورشیدی تمیزتر باشد، مقدار زیادفوتون ها تبدیل خواهند شد، بنابراین، برای افزایش کارایی، توصیه می شود حداقل هر دو سال یک بار سطوح کار را پاک کنید.

6. سایه ها. این راز نیست که کارایی پنل های خورشیدی در هوای ابری به طور قابل توجهی کاهش می یابد، نصب آنها در مناطق مه آلود و بارانی منطقی نیست، همین امر در مناطق سایه دار نیز صدق می کند. نصب پانل ها در سایه درختان بلند یا خانه های مجاور نامطلوب است؛ هنگام انتخاب مکان، اولویت به سمت جنوبی است.

با افزایش روزافزون قیمت برق، ناگزیر به فکر استفاده از منابع طبیعی برای تامین برق خواهید بود. یکی از این فرصت ها پنل های خورشیدی برای خانه یا اقامتگاه تابستانی است. در صورت تمایل می توانند تمام نیازهای حتی یک خانه بزرگ را به طور کامل تامین کنند.

دستگاه سیستم منبع تغذیه از پنل های خورشیدی

تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته ایده است مدت زمان طولانیدانشمندان را بیدار نگه داشت با کشف خواص نیمه هادی ها این امر امکان پذیر شد. کریستال های سیلیکون در سلول های خورشیدی استفاده می شوند. هنگامی که نور خورشید به آنها برخورد می کند، حرکت هدایت شده ای از الکترون ها در آنها شکل می گیرد که به آن جریان الکتریکی می گویند. هنگام اتصال تعداد کافی از چنین کریستال ها، جریان های کاملا مناسبی به دست می آوریم: یک پانل با مساحت کمی بیشتر از یک متر (1.3-1.4 متر مربع با سطح روشنایی کافی می تواند تا 270 وات تولید کند. ولتاژ 24 ولت).

از آنجایی که روشنایی بسته به آب و هوا، زمان روز متفاوت است، امکان اتصال مستقیم دستگاه ها به پنل های خورشیدی وجود ندارد. نیاز کل سیستم. علاوه بر پنل های خورشیدی، شما نیاز دارید:

• باتری. در طول روز، تحت تأثیر نور خورشید، پنل های خورشیدی تولید می کنند برقبرای خانه، کلبه همیشه به طور کامل استفاده نمی شود، مازاد آن در باتری جمع می شود. انرژی ذخیره شده توسط آب و هوای نامساعد مصرف می شود.
• کنترل کننده. جزء اجباری نیست، اما مطلوب (با بودجه کافی). سطح باتری را برای جلوگیری از تخلیه یا شارژ بیش از حد کنترل می کند حداکثر شارژ. هر دوی این شرایط برای باتری مضر هستند، بنابراین داشتن یک کنترلر باعث افزایش طول عمر باتری می شود. این کنترلر همچنین عملکرد بهینه پنل های خورشیدی را تضمین می کند.
• مبدل DC به AC (اینورتر). همه دستگاه ها برای آن طراحی نشده اند دی سی. کار بسیاری از ولتاژ ACدر 220 ولت مبدل امکان به دست آوردن ولتاژ 220-230 ولت را فراهم می کند.

پانل های خورشیدی برای خانه - تنها بخشی از سیستم

با نصب پنل های خورشیدی برای خانه یا کلبه تابستانی خود می توانید کاملاً از تامین کننده رسمی مستقل شوید. اما برای این شما باید داشته باشید تعداد زیادی ازباتری، چند باتری یک کیت که 1.5 کیلووات در روز تولید می کند حدود 1000 دلار قیمت دارد. همین مقدار برای رفع نیاز یک خانه ییلاقی یا بخشی از وسایل برقی خانه کافی است. مجموعه ای از پانل های خورشیدی برای تولید 4 کیلو وات در روز حدود 2200 دلار هزینه دارد، برای 9 کیلو وات در روز - 6200 دلار. از آنجایی که پنل های خورشیدی برای خانه یک سیستم مدولار هستند، می توانید نصبی را خریداری کنید که بخشی از نیازها را تامین می کند و به تدریج عملکرد آن را افزایش می دهد.

انواع پنل های خورشیدی

با افزایش قیمت انرژی، ایده استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید برق روز به روز محبوب تر می شود. علاوه بر این، با توسعه فناوری، مبدل های خورشیدی کارآمدتر و در عین حال ارزان تر می شوند. پس در صورت تمایل می توانید با نصب پنل های خورشیدی نیاز خود را تامین کنید. اما آنها اتفاق می افتد انواع متفاوت. بیایید آن را بفهمیم.

باتری خورشیدی خود تعدادی فتوسل است که در یک محفظه مشترک قرار دارند که توسط یک پانل جلویی شفاف محافظت می شود. برای مصارف خانگی، فتوسل ها بر اساس سیلیکون تولید می شوند، زیرا نسبتاً ارزان است و عناصر مبتنی بر آن کارایی خوبی دارند (حدود 20-24٪). بر اساس کریستال های سیلیکونی، فتوسل های تک کریستالی، پلی کریستالی و لایه نازک (انعطاف پذیر) ساخته می شوند. تعدادی از این فتوسل ها به صورت الکتریکی به یکدیگر (به صورت سری و/یا موازی) متصل شده و به پایانه های واقع در محفظه آورده می شوند.

فتوسل ها در محفظه بسته نصب می شوند. بدنه پنل خورشیدی از آلومینیوم آنودایز ساخته شده است. سبک است و خوردگی نمی کند. پنل جلویی از شیشه بادوام ساخته شده است که باید بارهای برف و باد را تحمل کند. علاوه بر این، باید ویژگی های نوری خاصی داشته باشد - حداکثر شفافیت را داشته باشد تا بیشترین میزان ممکن را منتقل کند. به طور کلی مقدار قابل توجهی انرژی در اثر انعکاس از بین می رود، بنابراین الزامات کیفی شیشه بالا است و همچنین با یک ترکیب ضد انعکاس پوشش داده می شود.

انواع فتوسل برای پنل های خورشیدی

پنل های خورشیدی برای خانه بر اساس سه نوع سلول سیلیکونی ساخته شده اند.

اگر سقف شیبدار دارید و نما به سمت جنوب یا شرق چرخیده است، فکر کردن بیش از حد به منطقه اشغال شده بی معنی است. ماژول های پلی کریستالی ممکن است مناسب باشند. با همان مقدار انرژی تولید شده، هزینه آنها کمی کمتر است.

نحوه انتخاب سیستم پنل خورشیدی مناسب برای خانه

باورهای غلط رایجی وجود دارد که باعث می شود پول بیشتری را برای خرید زیاد خرج کنید تجهیزات گران قیمت. در زیر توصیه هایی در مورد نحوه صحیح ساخت یک سیستم انرژی خورشیدی و عدم صرف هزینه اضافی ارائه شده است.

چه باید خرید

همه اجزای یک نیروگاه خورشیدی برای بهره برداری حیاتی نیستند. برخی از قطعات را می توان به طور کامل حذف کرد. آنها در خدمت افزایش قابلیت اطمینان هستند، اما بدون آنها سیستم عملیاتی است. اولین چیزی که باید به خاطر بسپارید خرید پنل های خورشیدی در پایان زمستان، اوایل بهار است. اولاً، هوا در این زمان عالی است، بسیار زیاد روزهای آفتابی، برف خورشید را منعکس می کند و روشنایی کلی را افزایش می دهد. ثانیاً تخفیف ها به طور سنتی در این زمان اعلام می شود. نکات بیشتر عبارتند از:

اگر فقط از این نکات استفاده می کنید، و فقط تجهیزاتی را که از آن کار می کنند وصل کنید ولتاژ ثابت، یک سیستم پنل خورشیدی برای خانه هزینه بسیار کمتری نسبت به ارزان ترین کیت خواهد داشت. اما این همه ماجرا نیست. می توانید برخی از تجهیزات را "برای بعد" بگذارید یا حتی بدون آن کار کنید.

بدون چه کاری می توانید انجام دهید

هزینه یک مجموعه پنل خورشیدی برای 1 کیلو وات در روز بیش از هزار دلار است. سرمایه گذاری قابل توجه ناخواسته به این فکر خواهید کرد که آیا ارزشش را دارد و دوره بازگشت سرمایه چقدر خواهد بود. با تعرفه های فعلی، بیش از یک سال طول می کشد که تا بازپرداخت پول خود صبر کنید. اما هزینه ها را می توان کاهش داد. نه به دلیل کیفیت، بلکه به دلیل کاهش جزئی در راحتی استفاده از سیستم و به دلیل رویکرد منطقی به انتخاب اجزای آن.

بنابراین، اگر بودجه محدود است، می توانید با چند پنل خورشیدی و باطری های قابل شارژکه ظرفیت آن 20-25 درصد بیشتر از حداکثر شارژ پنل های خورشیدی است. برای نظارت بر وضعیت، یک ساعت ماشین بخرید که ولتاژ را نیز اندازه گیری کند. این کار شما را از اندازه گیری شارژ باتری چندین بار در روز نجات می دهد. در عوض، باید هر از گاهی به ساعت نگاه کنید. این همه برای شروع است. در آینده، می توانید پنل های خورشیدی را برای خانه خریداری کنید، تعداد باتری ها را افزایش دهید. در صورت تمایل می توانید یک اینورتر بخرید.

اندازه و تعداد فتوسل ها را تعیین کنید

پانل های خورشیدی خوب برای 12 ولت باید 36 سلول داشته باشند، برای 24 ولت - 72 فتوسل. این مقدار بهینه است. با فتوسل های کمتر، هرگز جریان اعلام شده را دریافت نخواهید کرد. و این بهترین گزینه است.

دوبل نخرید پنل های خورشیدی- به ترتیب 72 و 144 عنصر. اولا، آنها بسیار بزرگ هستند، که در طول حمل و نقل ناخوشایند است. ثانیاً، در دمای غیرعادی پایین، که ما به طور دوره ای آن را تجربه می کنیم، آنها اولین کسانی هستند که از کار می افتند. واقعیت این است که فیلم لمینیت در هنگام یخبندان از نظر اندازه بسیار کاهش می یابد. در پانل های بزرگ به دلیل کشش زیاد، کنده می شود یا حتی می شکند. شفافیت از بین می رود، بهره وری به طرز فاجعه باری سقوط می کند. پنل در حال تعمیر است.

عامل دوم. در پانل های بزرگ، ضخامت بدنه و شیشه باید بیشتر باشد. از این گذشته ، باد و بارهای برف افزایش می یابد. اما این همیشه انجام نمی شود، زیرا قیمت به طور قابل توجهی افزایش می یابد. اگر پنل دوتایی می بینید و قیمت آن کمتر از دو پنل معمولی است، بهتر است به دنبال چیز دیگری باشید.

از نو: بهترین انتخاب- پانل خورشیدی برای خانه در 12 ولت، متشکل از 36 فتوسل. این بهترین گزینه، با عمل ثابت شده است.

مشخصات: به دنبال چه چیزی باشید

در پنل‌های خورشیدی تایید شده، جریان و ولتاژ کار و همچنین ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه همیشه نشان داده می‌شوند. لازم به ذکر است که تمامی پارامترها معمولا برای دمای 25+ درجه سانتیگراد مشخص می شوند. در یک روز آفتابی روی پشت بام، باتری تا دمای بسیار بالاتر از این رقم گرم می شود. این وجود ولتاژ عملیاتی بالاتر را توضیح می دهد.

به ولتاژ مدار باز هم توجه کنید. در باتری های معمولی، حدود 22 ولت است. و همه چیز خوب خواهد بود، اما اگر روی تجهیزات بدون خاموش کردن پنل های خورشیدی کار کنید، ولتاژ مدار باز اینورتر یا سایر تجهیزات متصل را که برای چنین ولتاژی طراحی نشده اند غیرفعال می کند. . بنابراین، در طول هر کار - تعویض سیم، اتصال / جدا کردن باتری ها و غیره. و غیره - اولین کاری که باید انجام دهید این است که پنل های خورشیدی را خاموش کنید (ترمینال ها را بردارید). پس از عبور از مدار، آخرین بار آنها را وصل کنید. این روش باعث صرفه جویی زیادی در اعصاب (و پول) شما می شود.

کیس و شیشه

پنل های خورشیدی برای خانه دارای بدنه آلومینیومی هستند. این فلز خوردگی نمی کند، با استحکام کافی جرم کمی دارد. یک بدنه معمولی باید از پروفیلی که شامل حداقل دو دنده سفت کننده است مونتاژ شود. علاوه بر این، شیشه باید در یک شیار مخصوص وارد شود و از بالا ثابت نشود. همه اینها نشانه های کیفیت عادی است.

حتی در انتخاب باتری خورشیدی به شیشه توجه کنید. در باتری های معمولی، صاف نیست، اما بافت دارد. برای لمس - خشن، اگر ناخن های خود را بکشید، صدای خش خش شنیده می شود. علاوه بر این، باید یک پوشش با کیفیت بالا داشته باشد که تابش خیره کننده را به حداقل برساند. این بدان معنی است که هیچ چیز نباید در آن منعکس شود. اگر بازتاب اجسام اطراف حداقل در یک زاویه قابل مشاهده است، بهتر است پانل دیگری پیدا کنید.

انتخاب مقطع کابل و ظرافت های اتصال برق

اتصال پنل های خورشیدی برای خانه با کابل مسی تک هسته ای ضروری است. سطح مقطع هسته کابل به فاصله بین ماژول و باتری بستگی دارد:

• فاصله کمتر از 10 متر:
  • 1.5 میلی متر مربع در هر پانل خورشیدی 100 وات؛
  • برای دو باتری - 2.5 میلی متر مربع؛
  • سه باتری - 4.0 میلی متر مربع؛
• فاصله بیش از 10 متر:
  • برای اتصال یک پانل، 2.5 میلی متر مربع می گیریم.
  • دو - 4.0 میلی متر مربع؛
  • سه - 6.0 میلی متر مربع.

می توانید یک بخش بزرگتر بگیرید، اما نه کمتر (تلفات بزرگی وجود خواهد داشت، اما ما به آن نیاز نداریم). هنگام خرید سیم، به سطح مقطع واقعی توجه کنید، زیرا امروزه ابعاد اعلام شده اغلب با ابعاد واقعی مطابقت ندارد. برای بررسی، باید قطر را اندازه گیری کنید و سطح مقطع را بشمارید (می توانید نحوه انجام این کار را بخوانید).

هنگام مونتاژ سیستم، می توان با استفاده از یک کابل چند هسته ای از یک بخش مناسب، نقاط مثبت پانل های خورشیدی را انجام داد و از یک کابل ضخیم برای منفی استفاده کرد. قبل از اتصال به باتری ها، تمام "پلاس ها" را از طریق دیودها یا مجموعه های دیود با یک کاتد مشترک عبور می دهیم. اگر سیم‌های بین باتری و باتری کوتاه یا شکسته باشند، از اتصال کوتاه (ممکن است باعث آتش‌سوزی) باتری شود.

دیودها از نوع SBL2040CT، PBYR040CT استفاده می کنند. اگر اینها پیدا نشد، می توانید آنها را از منبع تغذیه قدیمی حذف کنید کامپیوترهای شخصی. معمولاً SBL3040 یا مشابه وجود دارد. عبور از دیودها مطلوب است. فراموش نکنید که آنها بسیار داغ می شوند، بنابراین باید آنها را روی رادیاتور نصب کنید (می توانید از آن استفاده کنید).

این سیستم همچنین به جعبه فیوز نیاز دارد. برای هر کاربر یکی کل بار را از طریق این بلوک وصل می کنیم. اول اینکه سیستم بسیار امن تر است. ثانیاً، در صورت بروز مشکل، تشخیص منبع آن (با فیوز سوخته) آسان تر است.

روزانه میلیاردها کیلووات انرژی خورشیدی وارد سیاره ما می شود. مردم از مدت ها قبل شروع به استفاده از این انرژی برای نیازهای خود کرده اند. با پیشرفت، استفاده از صفحات خورشیدی برای تبدیل انرژی نور خورشید آغاز شد. اما آیا این دستگاه ها موثر هستند؟ بازده پنل های خورشیدی چقدر است و به چه چیزی بستگی دارد؟ دوره بازپرداخت آنها چقدر است و چگونه می توان سودآوری استفاده از پنل های خورشیدی را محاسبه کرد؟ این سؤالات مربوط به همه کسانی است که قصد دارند یا قبلاً تصمیم به خرید پنل های خورشیدی دارند، بنابراین این موضوع به این مقاله اختصاص داده شده است.

بیایید نگاهی گذرا به این موضوع بیندازیم که اصل عملکرد پنل های خورشیدی بر چه اساسی استوار است. این بر اساس ویژگی فیزیکی نیمه هادی ها است. به دلیل کوبیدن فوتون های نور الکترون ها از مدار بیرونی اتم ها، تعداد کافی الکترون آزاد تشکیل می شود. پس از بسته شدن مدار، جریان الکتریکی ایجاد می شود. اما، به عنوان یک قاعده، یک یا دو فتوسل برای به دست آوردن توان کافی کافی نیست، بنابراین، ماژول های خورشیدی اغلب شامل چندین پانل خورشیدی هستند. هر چه سلول های خورشیدی بیشتر به یکدیگر متصل شوند، یعنی هر چه مساحت پنل های خورشیدی بیشتر باشد، قدرت بیشتری تولید می کنند. علاوه بر مساحت پانل ها، شدت نور خورشید و زاویه تابش پرتوها تأثیر محسوسی بر خروجی دارد.

درک مفهوم کارایی

مقدار بازده پانل از تقسیم توان انرژی الکتریکی بر قدرت نور خورشید که بر روی پانل می افتد به دست می آید. تا به امروز، مقدار متوسط ​​این شاخص در عمل 12-25٪ است، در حالی که در تئوری این رقم به 80-85٪ نزدیک می شود. دلیل این تفاوت بزرگ چیست؟ اول از همه، این بستگی به مواد مورد استفاده برای ساخت پنل های خورشیدی دارد. همانطور که قبلاً مشخص شد، عنصر اصلی تشکیل دهنده پانل ها سیلیکون است. یکی از معایب اصلی این ماده قابلیت جذب تنها اشعه مادون قرمز است، یعنی انرژی اشعه ماوراء بنفش هدر می رود. بنابراین، یکی از اصلی ترین زمینه هایی که دانشمندان در تلاش برای افزایش کارایی پنل های خورشیدی هستند، توسعه ماژول های چند لایه است.

باتری های چند لایه ساختاری متشکل از لایه هایی از مواد مختلف هستند. آنها بر اساس کوانتوم انرژی های مختلف انتخاب می شوند. یعنی یک لایه انرژی سبز را جذب می کند، دوم - آبی، سوم - قرمز. در تئوری، ترکیب های مختلف این لایه ها می تواند مقدار کارایی 87٪ را به دست دهد. اما متاسفانه این فقط یک نظریه است. همانطور که تمرین نشان می دهد، تولید چنین سازه هایی در مقیاس صنعتی یک کار بسیار پر زحمت است و هزینه چنین ماژول ها بسیار بالا است.

نوع سیلیکون استفاده شده نیز بر کارایی ماژول های خورشیدی تأثیر می گذارد. پانل های ساخته شده از سیلیکون مونو کریستال کارایی بالاتری نسبت به پانل های سیلیکونی پلی کریستالی دارند. اما قیمت باتری های تک کریستالی بالاتر است.

قانون اساسی: با بیشتر بازدهی بالابرای تولید برق یک توان معین، به یک ماژول با مساحت کوچکتر نیاز است، یعنی تعداد کمتری فتوسل در پنل خورشیدی گنجانده می شود.

پانل های خورشیدی چقدر سریع کار می کنند؟

هزینه پنل های خورشیدی امروزه بسیار بالاست. و با در نظر گرفتن ارزش کم راندمان پنل ها، موضوع بازپرداخت آنها بسیار مطرح است. عمر باتری هایی که با انرژی خورشیدی کار می کنند حدود 25 سال یا بیشتر است. کمی بعد در مورد اینکه چه چیزی باعث چنین عمر طولانی شده است صحبت خواهیم کرد ، اما در حال حاضر سؤالی را که در بالا بیان شد خواهیم فهمید.

دوره بازپرداخت تحت تأثیر موارد زیر است:

• نوع تجهیزات انتخاب شده سلول های خورشیدی تک لایه دارای راندمان کمتری نسبت به سلول های چند لایه هستند، اما قیمت بسیار پایین تری نیز دارند.
• موقعیت جغرافیایی، یعنی هر چه نور خورشید در منطقه شما بیشتر باشد، ماژول نصب شده سریعتر نتیجه خواهد داد.
• هزینه تجهیزات. هر چه بودجه بیشتری را برای خرید و نصب عناصر تشکیل دهنده سیستم صرفه جویی در انرژی خورشیدی صرف کنید، دوره بازپرداخت طولانی تر می شود.
• هزینه منابع انرژی در منطقه شما

متوسط ​​دوره بازپرداخت برای کشورهای جنوب اروپا 1.5-2 سال، برای کشورهای اروپای مرکزی - 2.5-3.5 سال و در روسیه دوره بازپرداخت تقریباً 2-5 سال است. در آینده نزدیک، راندمان پنل های خورشیدی به طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت، این به دلیل توسعه فناوری های پیشرفته تر است که باعث افزایش کارایی و کاهش هزینه پنل ها می شود. و در نتیجه مدت زمانی که سیستم صرفه جویی در انرژی خورشیدی هزینه خود را پرداخت می کند نیز کاهش می یابد.

پنل های خورشیدی چقدر عمر می کنند؟

ترکیب پانل های خورشیدی شامل قطعات متحرک مکانیکی نمی شود، بنابراین کاملا قابل اعتماد و بادوام هستند. همانطور که در بالا ذکر شد، عمر مفید آنها بیش از 25 سال است. با نگهداری مناسب می توانند تا 50 سال عمر کنند. یک مزیت بزرگ این است که چنین عمر طولانی بدون خرابی عمده انجام می شود، کافی است به طور سیستماتیک آینه های فتوسل ها را از گرد و غبار و سایر آلاینده ها تمیز کنید. این برای جذب بهتر انرژی و در نتیجه برای بهره وری بالاتر ضروری است.

عمر طولانی یکی از معیارهای اصلی هنگام تصمیم گیری برای خرید یا عدم خرید پنل های خورشیدی است. پس از اینکه باتری ها هزینه خود را پرداخت کردند، شما دریافت می کنید انرژی الکتریکیکاملا رایگان خواهد بود. حتی اگر دوره بازپرداخت حداکثر (حدود 6 سال) باشد، حداقل برای 20-25 سال هزینه ای برای منابع انرژی نخواهید داشت.

آخرین پیشرفت هایی که کارایی را افزایش می دهد

تقریباً هر روز دانشمندان در سراسر جهان از توسعه روش جدیدی برای افزایش کارایی ماژول های خورشیدی خبر می دهند. بیایید با جالب ترین آنها آشنا شویم. شارپ سال گذشته سلول خورشیدی را با بازده 43.5 درصد به مردم معرفی کرد. آنها توانستند با نصب عدسی برای تمرکز مستقیم انرژی در عنصر به این رقم دست یابند.

فیزیکدانان آلمانی از شارپ عقب نیستند. آنها در ژوئن 2013 سلول خورشیدی خود را با مساحت تنها 5.2 متر مربع معرفی کردند. میلی متر، متشکل از 4 لایه از عناصر نیمه هادی. این فناوری اجازه می دهد تا بازدهی 44.7٪ را به دست آورد. حداکثر بازده در این موردهمچنین با قرار دادن یک آینه مقعر در فوکوس به دست می آید.

در اکتبر 2013، نتایج کار دانشمندان از استانفورد منتشر شد. آنها یک کامپوزیت مقاوم در برابر حرارت جدید ساخته اند که می تواند عملکرد سلول های فتوولتائیک را افزایش دهد. ارزش نظری بازده حدود 80 درصد است. همانطور که در بالا نوشتیم، نیمه هادی ها، که شامل سیلیکون می شوند، فقط می توانند تابش IR را جذب کنند. بنابراین عمل مواد کامپوزیتی جدید با هدف تبدیل تشعشعات فرکانس بالا به مادون قرمز است.

دانشمندان انگلیسی در رتبه بعدی قرار گرفتند. آنها فناوری جدیدی را توسعه دادند که می تواند کارایی سلول را تا 22 درصد افزایش دهد. آنها پیشنهاد کردند که نانو سنبله های آلومینیومی روی سطح صاف پانل های لایه نازک قرار گیرند. این فلز به این دلیل انتخاب شد که نور خورشید را جذب نمی کند، بلکه برعکس، آن را پراکنده می کند. در نتیجه میزان جذب انرژی خورشیدی افزایش می یابد. از این رو عملکرد باتری خورشیدی افزایش یافته است.

تنها تحولات اصلی در اینجا آورده شده است، اما موضوع به آنها محدود نمی شود. دانشمندان برای هر دهم درصد می جنگند و تاکنون موفق شده اند. امیدواریم در آینده نزدیک راندمان پنل های خورشیدی در سطح مناسبی باشد. پس از همه، پس از آن سود استفاده از پانل ها حداکثر خواهد بود.

مقاله توسط عبدالینا رجینا تهیه شده است

مسکو در حال حاضر از فناوری های جدید برای روشنایی خیابان ها و پارک ها استفاده می کند، فکر می کنم بازده اقتصادی در آنجا محاسبه شده است:

شبکه کریستالی پروسکایت CH3NH3PbI3

ویکی‌مدیا کامانز

محققان آمریکایی نشان داده‌اند که در سلول‌های خورشیدی مبتنی بر پروسکایت، حامل‌های بار با انرژی مازاد می‌توانند مسافت قابل توجهی را پیش از دفع آن به شکل گرما طی کنند. این بدان معناست که اجرای سلول‌های فتوولتائیک بر روی حامل‌های گرم کاملاً ممکن است، که حد بازده نظری آنها دو برابر بیشتر از نمونه‌های سیلیکونی معمولی است، در عمل. تحقیقات منتشر شده در مجله علوم پایه.

در رایج‌ترین سلول‌های خورشیدی امروزی که از سیلیکون به‌عنوان نیمه‌رسانا استفاده می‌کنند، بازدهی ممکن از لحاظ نظری به سختی بیش از 30 درصد است. این به دلیل این واقعیت است که سلول های سیلیکونی فقط می توانند تا حدی از طیف نور خورشید استفاده کنند. فوتون هایی با انرژی های زیر آستانه به سادگی جذب نمی شوند و فوتون هایی که انرژی بسیار بالایی دارند منجر به تشکیل به اصطلاح حامل های بار داغ (مثلاً الکترون ها) در فتوسل می شوند. طول عمر دومی حدود یک پیکوثانیه (10-12 ثانیه) است، سپس آنها "خنک می شوند"، یعنی انرژی اضافی را به شکل گرما از بین می برند. اگر می‌توان حامل‌های داغ را جمع‌آوری کرد، این محدودیت نظری راندمان را تا 66 درصد افزایش می‌دهد، یعنی دو برابر می‌شود. اگرچه در برخی از آزمایش‌ها بقای کوچکی از انرژی مشاهده شده است، عناصر روی حامل‌های داغ تقریباً فرضی هستند.

دانشمندان دانشگاه پردو و آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (ایالات متحده آمریکا) در مطالعه کلاس امیدوارکننده جدیدی از سلول‌های فتوولتائیک مبتنی بر پروسکایت‌ها مشارکت کردند و نشان دادند که در چنین سلول‌هایی حامل‌های گرم نه تنها طول عمر بیشتری دارند (تا 100 پیکوثانیه)، بلکه همچنین می توانند از فواصل قابل توجه چند صد نانومتری عبور کنند (که با ضخامت یک لایه نیمه هادی قابل مقایسه است).

پروسکایت های آلی فلزی نام خود را از ساختار کریستالی خود گرفته اند. اساساً ساختار یک ماده معدنی طبیعی - پروسکایت یا تیتانات کلسیم را تکرار می کند. از نظر شیمیایی، آنها هالیدهای مخلوط سرب و کاتیون های آلی هستند. نویسندگان این کار از پروسکایت رایج بر پایه یدید سرب و متیل آمونیوم استفاده کردند. بر اساس این واقعیت که طول عمر حامل های داغ در پروسکایت ها به طور قابل توجهی در مقایسه با نیمه هادی های دیگر افزایش یافته است، نویسندگان تصمیم گرفتند تا دریابند که حامل های داغ در طول خنک شدن تا چه اندازه می توانند منتقل شوند. محققان با استفاده از میکروسکوپ با سرعت فوق‌العاده قادر به مشاهده مستقیم انتقال حامل‌های داغ در لایه‌های نازک پروسکایت با وضوح مکانی و زمانی بالا بودند.

انتقال حامل های داغ در یک نیمه هادی در اولین پیکوثانیه پس از تحریک

گوو و همکاران / علم 2017

مشخص شد که خنک شدن آهسته در پروسکایت ها با بردی تا 600 نانومتر همراه است. این بدان معنی است که حامل های بار با انرژی اضافی از نظر تئوری می توانند بر لایه نیمه هادی غلبه کنند و به الکترود برسند، یعنی می توان آنها را جمع آوری کرد (با این حال، نویسندگان کار درباره نحوه اجرای این کار از نظر فنی بحث نمی کنند). بنابراین، سلول های خورشیدی بر روی حامل های گرم ممکن است با استفاده از پروسکایت ها به عنوان پایه اجرا شوند.

تا به امروز، حداکثر راندمان، به 46٪، برای سلول های فتوولتائیک چند لایه چند جزئی، که شامل آرسنید گالیم، ایندیم، ژرمانیوم با اجزای فسفر است، ثبت شده است. چنین نیمه هادی هایی با جذب بخش های مختلف طیف از نور به طور موثرتری استفاده می کنند. تولید آنها بسیار گران است، بنابراین چنین عناصری فقط در صنعت فضایی استفاده می شوند. قبلاً در مورد عناصری بر پایه تلورید کادمیوم نیز نوشتیم که می توانند به صورت لایه های انعطاف پذیر و نازک تولید شوند. علیرغم این واقعیت که سهم کل تولید برق از انرژی خورشیدی هنوز از 1٪ تجاوز نمی کند، نرخ رشد را می توان انفجاری نامید. به ویژه کشورهایی مانند هند و چین به استفاده از انرژی خورشیدی تجدیدپذیر علاقه مند هستند. گوگلدر پایان سال 2016، او اعلام کرد که امسال به طور کامل به انرژی های تجدید پذیر تغییر خواهد کرد.

در حال حاضر از فتوسل های سیلیکونی عمدتاً در زندگی روزمره استفاده می شود که بازده واقعی آنها 10-20 درصد است. عناصر مبتنی بر پروسکایت کمتر از 10 سال پیش ظاهر شدند و بلافاصله علاقه شایسته ای را برانگیخت (ما قبلاً در مورد آنها نوشتیم). راندمان چنین سلول هایی به سرعت در حال افزایش است و عملاً به 25 درصد رسیده است که با بهترین نمونه های فتوسل سیلیکونی قابل مقایسه است. علاوه بر این، ساخت آنها بسیار آسان است. علیرغم موفقیت تکنولوژیکی، اصول فیزیکی عملکرد سلول های پروسکایت نسبتاً کمی مطالعه شده است، بنابراین، کار مورد بحث دانشمندان ایالات متحده کمک مهمی به پایه های اساسی فتوولتائیک می کند و البته مستلزم چشم انداز بیشتر است. افزایش کارایی سلول های خورشیدی

داریا اسپاسکایا

من علاقه مند به ملاقات با افرادی هستم که در داخل هستند جستجوی مداوم. در میان آنها، همکار من الکساندر، از طرفداران وسایل نقلیه الکتریکی. در اینجا می توانید اطلاعاتی در مورد تحولات آن و تشکیل ناوگان خودروهای الکتریکی در اوکراین پیدا کنید. اما، به اندازه کافی عجیب، او علاوه بر ماشین الکتریکی، به پنل های خورشیدی با راندمان بالا نیز علاقه دارد.

بعد از اینکه از او سوالی پرسیدم، مجبور شدم کمی عرق کنم و این همان چیزی است که از آن بیرون آمد.

فتو ماژول های کریستالی سیلیکون

راندمان سلول های ماژول های سیلیکونی امروزه حدود 15 - 20 درصد است (پلی کریستال - تک کریستال). این رقم ممکن است به زودی چند درصد افزایش یابد. به عنوان مثال، SunTech Power، یکی از بزرگترین تولید کنندگان ماژول های سیلیکون کریستالی در جهان، اعلام کرده است که قصد دارد ظرف دو سال ماژول های PV را با کارایی ۲۲ درصد در بازار عرضه کند.

نمونه های آزمایشگاهی موجود سلول های تک کریستالی بهره وری 25٪، پلی کریستالی - 20.5٪ را نشان می دهد. حداکثر بازده نظری برای عناصر سیلیکونی تک پیوندی (p-n) 33.7٪ است. تا رسیدن به آن، وظیفه اصلی سازندگان علاوه بر افزایش کارایی سلول ها، بهبود فناوری تولید و کاهش هزینه فتو ماژول ها است.

به طور جداگانه فتو ماژول‌های Sanyo هستند که با استفاده از فناوری HIT (Heterojunction با لایه نازک درونی) با استفاده از چندین لایه سیلیکون، مشابه سلول‌های چند لایه پشت سر هم ساخته شده‌اند. راندمان چنین عناصری از تک کریستال C-Si و چندین لایه نانوبلور nc-Si 23 درصد است. این بالاترین بازده سلولی ماژول های کریستالی سریال امروزی است.

پانل های خورشیدی فیلم نازک

تحت این نام چندین فناوری مختلف توسعه یافته است که عملکرد آنها را می توان به شرح زیر بیان کرد.

امروزه، سه نوع اصلی سلول خورشیدی فیلم معدنی وجود دارد - فیلم‌های سیلیکونی مبتنی بر سیلیکون آمورف (a-Si)، فیلم‌های مبتنی بر تلورید کادمیوم (CdTe) و فیلم‌های مس-ایندیوم-گالیوم سلنید (CuInGaSe2 یا CIGS).

راندمان سلول های خورشیدی لایه نازک مدرن مبتنی بر سیلیکون آمورف حدود 10٪ است، فتو ماژول های مبتنی بر تلورید کادمیوم - 10-11٪ (تولید شده توسط First Solar)، بر اساس مس - ایندیم - سلنید گالیم - 12-13٪ (ژاپنی) ماژول های خورشیدی SOLAR FRONTIER) . شاخص های کارایی سلول های سریال: CdTe دارای راندمان 15.7٪ (ماژول های MiaSole) و سلول های CIGS تولید شده در سوئیس - 18.7٪ (EMPA).

راندمان سلول های خورشیدی لایه نازک منفرد بسیار بالاتر است، به عنوان مثال، داده های مربوط به عملکرد نمونه های آزمایشگاهی سلول های سیلیکون آمورف - 12.2٪ (United Solar)، سلول های CdTe - 17.3٪ (First Solar)، سلول های CIGS - 20.5 % (ZSW). تاکنون مبدل های خورشیدی مبتنی بر لایه های نازک سیلیکون آمورف از نظر تولید در میان سایر فناوری های لایه نازک پیشرو هستند - حجم بازار جهانی عناصر Si لایه نازک حدود 80٪ است، سلول های خورشیدی مبتنی بر تلورید کادمیوم - حدود 18 درصد بازار و سلنید مس-ایندیوم-گالیوم - 2 درصد بازار.

این اول از همه به دلیل هزینه و در دسترس بودن مواد اولیه و همچنین پایداری بیشتر ویژگی ها نسبت به سازه های چند لایه است. توجه داشته باشید که سیلیکون یکی از رایج ترین عناصر در پوسته زمین است، در حالی که ایندیم (عناصر CIGS) و تلوریم (عناصر CdTe) در مقادیر کم پراکنده و استخراج می شوند. علاوه بر این، کادمیوم (عناصر CdTe) سمی است، اگرچه اکثر تولید کنندگان چنین پنل های خورشیدی بازیافت کامل محصولات خود را تضمین می کنند.

توسعه بیشتر مبدل های فوتوالکتریک مبتنی بر لایه های نازک معدنی با بهبود فناوری تولید و تثبیت پارامترهای آنها همراه است.

و با این حال، بر اساس ثبات ویژگی ها و قیمت نسبتا ارزان، اولویت به سلول های خورشیدی ساخته شده بر اساس سیلیکون آمورف داده می شود. اما بازده، همانطور که می بینیم، آنها بیش از 12.2٪ ندارند.

نتایج بهتری تاکنون در شرایط آزمایشگاهی به دست آمده است. به عنوان مثال توسعه مهندسان آزمایشگاه ملی مواد، علوم و فناوری سوئیس EMPA است که موفق به دستیابی به نرخ بازده بالایی (20.4٪) در کار با نسل جدیدی از صفحات خورشیدی لایه نازک شدند. پانل های جدید بر اساس پلیمرهای انعطاف پذیر از ترکیب پیچیده CIGS یا مس ایندیم گالیوم (di) سلنید (مس-ایندیوم-گالیوم-(di) سلنید) ساخته شده اند.