En verimli güneş panelleri. Güneş panellerinin performansını artırmak

Güneş pilleri - ışık ışınları enerjisini sınırsız elektrik enerjisine dönüştüren benzersiz bir dönüştürücü dış kaynak. Bu ürünlere yönelik sürekli artan talep, soğutma sıvısı tüketimi olmadan enerji tedarikinin mevcudiyeti ve çevre dostu olmasının yanı sıra minimum 25 yıllık panel ömrü ile 2 yılda ekonomik geri ödemesinden kaynaklanmaktadır.

Temel, yarı iletkenler veya film polimerleridir, farklı polariteye sahip katmanlardan oluşan bir plaka, ışığı yönlendirilmiş bir elektron hareketine dönüştürür - bu fiziksel olgu herkes için değişmez Solar paneller. Aynı zamanda, böyle bir tasarım foto dönüştürücülerin verimliliğini sınırlar, foton enerjisinin bir kısmı geçerken kaçınılmaz olarak kaybolur. p-n sınırları geçiş. Uygulamada, pillerin verimliliği birçok faktörden etkilenir: malzeme, alan, konum, yoğunluk ışık akısı, satın alırken ve çalıştırırken dikkate alınır.

Verimliliğin foto dönüştürücülerin türüne bağımlılığı

Bu gösterge, üretilen elektrik enerjisinin olayın gücüne yüzdesi olarak tanımlanır. Güneş ışığı. Değer, plakanın saflığından ve yapısından etkilenir: film, poli- veya tek kristal. İkinci türler, en pahalı ve uzun vadeli geri ödemeli, ev için yüksek verimliliğe sahip uygun fiyatlı güneş panelleri arasındadır ve hala yalnızca farklı kutuplara sahip silikon katmanlardan üretilmektedir. Film teknolojisi temelinde üretilen kadmiyum terürit ve CIGS panelleri daha az etkilidir. Kadmiyum pillerin verimliliği yalnızca %11'dir, ancak ucuzdurlar ve kullanımda oldukça güvenilirdirler. Birikmiş galyum, bakır, indiyum ve selenyum parçacıkları içeren bir film için biraz daha yüksek bir gösterge olan CIGS fotoselleri %15 verimlidir.

Karşılaştırma için: tek kristal silikon dönüştürücülerin verimliliği %25 iken, aynı malzemenin ince film veya amorf alt modülleri için maksimum 10'dur, organik polimerlere dayalı cihazların minimum değeri %5'tir. Çoğu panelin alanına bağlıdır, tek güneş pilleri elektrik üretme konusunda sınırlıdır.

Küçük güneş panellerinin verimliliği, tam teşekküllü bir enerji kaynağı için kullanılmalarına izin vermez, ancak bazı elektronik türlerini çalıştırmak için yeterlidir. Her durumda, cihazların verimliliğini artırmak ve maliyetlerini en aza indirmek modern enerjinin öncelikli görevidir.

Güneş panellerinin verimini etkileyen faktörler

Verimlilik faktörü yalnızca kullanılan malzeme ve teknolojiye değil, aynı zamanda bir dizi dış koşula da bağlıdır:

1. Işık akısının yoğunluğu. Buna karşılık, bu gösterge ile ilişkilidir coğrafik koordinatlar bulunan pil, özellikle - enlem ile.

2. Yapının eğim açısı. İdeal olarak, onu ışınların geliş gradyanına göre değiştiren güneş panelleri kurmalısınız. Böyle bir sistem daha pahalıdır, ancak etkileyici miktarda elektrik biriktirmenize (% 40-60'a kadar) ve mevsime ve günün saatine daha az bağımlı olmanıza olanak tanır.

3. Ortam sıcaklıkları. Isınmanın fotoelektrik etki üzerinde kötü bir etkisi vardır, havalandırmalı pillerin verimi çok yüksektir. Paradoksal olarak, soğuk ve açık havalarda sıcak havaya göre daha fazla enerji üretirler (gerçi kısa gün ışığı saatleri nedeniyle toplam kümülatif etki azalır).

4 sezon. Uygulamada, kışın güneş panellerinin verimliliği 2-8 kat azalır, ancak bunun nedeni kar yağışı değildir: karanlık bir yüzeyde hızla erir, ayrıca foto dönüştürücüler dağınık ışığı mükemmel şekilde algılar.

5. Tozlu. Güneş panellerinin dış kısmı ne kadar temiz olursa, büyük miktar fotonlar dönüştürüleceğinden verimliliği artırmak için çalışma yüzeylerinin en az iki yılda bir silinmesi önerilir.

6. Gölgeler. Bulutlu havalarda güneş panellerinin verimliliğinin önemli ölçüde azaldığı bir sır değil, sisli ve yağmurlu alanlara monte etmenin bir anlamı yok, aynı şey gölgeli alanlar için de geçerli. Panellerin uzun ağaçların veya komşu evlerin gölgesine monte edilmesi istenmez, bir yer seçerken güney tarafına öncelik verilir.

Sürekli artan elektrik fiyatları ile ister istemez elektrik temini için doğal kaynakları kullanmayı düşünmeye başlayacaksınız. Bu fırsatlardan biri de ev veya yazlık için güneş panelleridir. İstenirse büyük bir evin bile tüm ihtiyaçlarını eksiksiz olarak karşılayabilirler.

Güneş panellerinden güç kaynağı sisteminin cihazı

Güneş enerjisini elektriğe dönüştürmek fikirdir uzun zaman bilim adamlarını uyanık tuttu. Yarı iletkenlerin özelliklerinin keşfedilmesiyle bu mümkün oldu. Güneş pillerinde silikon kristalleri kullanılmaktadır. Güneş ışığı onlara çarptığında, içlerinde elektrik akımı adı verilen yönlendirilmiş bir elektron hareketi oluşur. Yeterli sayıda bu tür kristalleri bağlarken, oldukça iyi akımlar elde ediyoruz: bir metreden biraz daha büyük bir alana sahip bir panel (yeterli bir aydınlatma seviyesine sahip 1.3-1.4 m2, 270 W'a kadar üretebilir ( voltaj 24 V).

Aydınlatma hava durumuna, günün saatine göre değiştiğinden, cihazları doğrudan güneş panellerine bağlamak mümkün değildir. İhtiyaç tüm sistem. Güneş panellerine ek olarak ihtiyacınız olan:

Batarya. Gündüz saatlerinde, güneş ışığının etkisi altında, güneş panelleri üretir elektrik ev için, yazlık. Her zaman tam olarak kullanılmaz, fazlası pilde birikir. Depolanan enerji sert hava koşullarında harcanır.
Denetleyici. Zorunlu bir bölüm değil, ancak arzu edilir (yeterli fonla). Aşırı deşarjı veya aşırı şarjı önlemek için pil seviyesini izler maksimum ücret. Bu koşulların her ikisi de pil için zararlıdır, dolayısıyla bir denetleyiciye sahip olmak pilin ömrünü uzatır. Kontrolör ayrıca güneş panellerinin optimum şekilde çalışmasını sağlar.
DC'den AC'ye dönüştürücü (invertör). Tüm cihazlar için tasarlanmamıştır. DC. Birçok çalışma alternatif akım voltajı 220 voltta. Dönüştürücü, 220-230 V'luk bir voltaj elde etmeyi mümkün kılar.

Ev için güneş panelleri - sistemin sadece bir parçası

Evinize veya yazlık evinize güneş panelleri kurarak resmi tedarikçiden tamamen bağımsız hale gelebilirsiniz. Ama bunun için sahip olmanız gerekir çok sayıda piller, bazı piller. Günde 1,5 kW üreten bir kitin maliyeti yaklaşık 1.000 $'dır. Bu da bir yazlık evin ihtiyacını veya evdeki elektrikli ekipmanların bir kısmını karşılamaya yeter. Günde 4 kW üretim için bir güneş paneli seti yaklaşık 2200 $, günde 9 kW - 6200 $. Ev için güneş panelleri modüler bir sistem olduğundan, ihtiyacın bir kısmını karşılayacak ve performansını kademeli olarak artıracak bir kurulum satın alabilirsiniz.

güneş paneli çeşitleri

Artan enerji fiyatlarıyla birlikte, elektrik üretmek için güneş enerjisini kullanma fikri giderek daha popüler hale geliyor. Dahası, teknolojinin gelişmesiyle birlikte güneş enerjisi dönüştürücüler daha verimli ve aynı zamanda daha ucuz hale geliyor. Yani dilerseniz güneş panelleri kurarak da ihtiyaçlarınızı karşılayabilirsiniz. Ama oluyorlar farklı şekiller. Hadi çözelim.

Güneş pilinin kendisi, şeffaf bir ön panelle korunan ortak bir mahfazaya yerleştirilmiş bir dizi fotoseldir. Evde kullanım için fotoseller, nispeten ucuz olduğu için silikon bazında üretilir ve buna dayalı elementler iyi bir verime sahiptir (yaklaşık% 20-24). Silikon kristalleri temelinde tek kristal, polikristal ve ince film (esnek) fotoseller yapılır. Bu fotosellerin bir kısmı elektriksel olarak birbirine (seri ve/veya paralel) bağlanır ve mahfaza üzerinde bulunan terminallere getirilir.

Fotoseller kapalı bir mahfazaya kurulur. Güneş paneli gövdesi eloksallı alüminyumdan yapılmıştır. Hafiftir ve aşınmaz. Ön panel, kar ve rüzgar yüklerine dayanması gereken dayanıklı camdan yapılmıştır. Ek olarak, mümkün olduğu kadar çok ışını iletmek üzere maksimum şeffaflığa sahip olmak için belirli optik özelliklere sahip olmalıdır. Genel olarak, yansıma nedeniyle önemli miktarda enerji kaybedilir, bu nedenle cam kalitesi gereksinimleri yüksektir ve ayrıca yansıma önleyici bir bileşikle kaplanır.

Güneş panelleri için fotosel çeşitleri

Ev için güneş panelleri, üç tip silikon hücre temelinde yapılır;

Eğimli bir çatınız varsa ve cephe güneye veya doğuya dönükse, işgal edilen alan hakkında çok fazla düşünmenin bir anlamı yoktur. Çok kristalli modüller çok uygun olabilir. Üretilen aynı miktarda enerji ile biraz daha ucuza mal olurlar.

Eviniz için doğru güneş paneli sistemini nasıl seçersiniz?

Çok fazla şey satın almak için fazladan para harcamanıza neden olan yaygın yanılgılar vardır. pahalı ekipman. Aşağıda, bir güneş enerjisi sisteminin nasıl düzgün bir şekilde kurulacağına ve fazladan para harcanmayacağına dair öneriler bulunmaktadır.

ne satın alınır

Bir güneş enerjisi santralinin tüm bileşenleri işletme için hayati öneme sahip değildir. Bazı kısımlardan tamamen vazgeçilebilir. Güvenilirliği artırmaya hizmet ederler, ancak onlar olmadan sistem çalışır durumdadır. Hatırlanması gereken ilk şey, kışın sonunda, baharın başında güneş panelleri satın almaktır. Birincisi, şu anda hava harika, çok güneşli günler, kar güneşi yansıtarak genel aydınlatmayı artırır. İkincisi, indirimler geleneksel olarak şu anda duyurulur. Diğer ipuçları:

Yalnızca bu ipuçlarını kullanırsanız ve yalnızca sabit voltaj, ev için bir güneş paneli sistemi, en ucuz setten çok daha mütevazı bir tutara mal olacak. Ama hepsi bu kadar değil. Ekipmanın bir kısmını "sonraya" bırakabilir, hatta onsuz yapabilirsiniz.

onsuz ne yapabilirsin

Günde 1 kW'lık bir güneş paneli setinin maliyeti bin dolardan fazladır. Önemli yatırım. İstemeden buna değip değmeyeceğini ve geri ödeme süresinin ne olacağını düşüneceksiniz. Mevcut tarifelerle, paranızın geri ödenmesini beklemek bir yıldan fazla sürecektir. Ama maliyetler düşürülebilir. Kaliteden değil, sistemin kullanım rahatlığındaki hafif düşüşten ve bileşenlerinin seçimine makul bir yaklaşımdan dolayı.

Yani bütçeniz kısıtlıysa birkaç güneş paneli ile idare edebilirsiniz. Şarj edilebilir pil kapasitesi güneş panellerinin maksimum şarjından %20-25 daha fazladır. Durum izleme için voltajı da ölçen bir araba saati satın alın. Bu, sizi pilin şarjını günde birkaç kez ölçmek zorunda kalmaktan kurtaracaktır. Bunun yerine, zaman zaman saate bakmanız gerekecek. Başlangıç için hepsi bu. Gelecekte ev için güneş panelleri satın alabilir, pil sayısını artırabilirsiniz. İstenirse, bir invertör satın alabilirsiniz.

Fotosellerin boyutunu ve sayısını belirleyin

12 volt için iyi güneş panelleri, 24 volt - 72 fotosel için 36 hücreye sahip olmalıdır. Bu miktar optimaldir. Daha az fotosel ile beyan edilen akımı asla elde edemezsiniz. Ve bu en iyi seçenek.

çift satın almayın Solar paneller- sırasıyla 72 ve 144 element. İlk olarak, çok büyüktürler ve bu da nakliye sırasında elverişsizdir. İkincisi, periyodik olarak deneyimlediğimiz anormal derecede düşük sıcaklıklarda, ilk başarısız olanlar onlardır. Gerçek şu ki, don sırasında laminasyon filminin boyutu büyük ölçüde azalır. Büyük panellerde yüksek gerilimden dolayı sıyrılır hatta kırılır. Şeffaflık kaybolur, üretkenlik feci şekilde düşer. Panel tamir ediliyor.

İkinci faktör. Büyük panellerde gövde ve cam kalınlığı daha fazla olmalıdır. Sonuçta rüzgar ve kar yükleri artıyor. Ancak fiyat önemli ölçüde arttığı için bu her zaman yapılmaz. Bir çift panel görürseniz ve fiyatı iki "normal" panelden daha düşükse, başka bir şey aramak daha iyidir.

Tekrar: en iyi seçim- Ev için 36 fotoselden oluşan 12 voltluk güneş paneli. Bu en iyi seçenek, pratikle kanıtlanmıştır.

Özellikler: ne aranmalı

Sertifikalı güneş panellerinde, çalışma akımı ve voltajının yanı sıra açık devre voltajı ve kısa devre akımı da her zaman belirtilir. Tüm parametrelerin genellikle +25°C'lik bir sıcaklık için belirtildiğine dikkat edilmelidir. Çatıda güneşli bir günde, akü bu rakamın çok üzerinde bir sıcaklığa kadar ısınır. Bu, daha yüksek bir çalışma voltajının varlığını açıklar.

Açık devre voltajına da dikkat edin. Normal pillerde bu yaklaşık 22 V'tur. . Bu nedenle, herhangi bir çalışma sırasında - kabloları değiştirmek, pilleri takmak / çıkarmak vb. vs. - yapmanız gereken ilk şey güneş panellerini kapatmaktır (terminalleri çıkarın). Devreyi geçtikten sonra en son bunları bağlayın. Bu prosedür size çok fazla sinir (ve para) kazandıracak.

Kasa ve cam

Ev için güneş panelleri alüminyum kasaya sahiptir. Bu metal korozyona uğramaz, yeterli mukavemet ile küçük bir kütleye sahiptir. Normal bir gövde, en az iki takviye nervürü içeren bir profilden birleştirilmelidir. Ayrıca cam özel bir oyuğa yerleştirilmeli ve yukarıdan sabitlenmemelidir. Bütün bunlar normal kalitenin belirtileridir.

Güneş pili seçerken bile cama dikkat edin. Normal pillerde pürüzsüz değil, dokuludur. Dokunmak için - kaba, tırnaklarınızı çalıştırırsanız, bir hışırtı duyulur. Ayrıca, parlamayı en aza indiren yüksek kaliteli bir kaplamaya sahip olmalıdır. Bu, hiçbir şeyin ona yansıtılmaması gerektiği anlamına gelir. Çevredeki nesnelerin yansımaları en azından belirli bir açıda görünüyorsa, başka bir panel bulmak daha iyidir.

Kablo kesiti seçimi ve elektrik bağlantısının incelikleri

Ev için güneş panellerini tek damarlı bir bakır kablo ile bağlamak gerekir. Kablo çekirdeğinin kesiti, modül ile pil arasındaki mesafeye bağlıdır:

10 metreden az mesafe:
- 100 W güneş paneli başına 1,5 mm2;
- iki pil için - 2,5 mm2;
- üç pil - 4,0 mm2;
10 metreden fazla mesafe:
- bir paneli bağlamak için 2,5 mm2 alıyoruz;
- iki - 4,0 mm2;
- üç - 6.0 mm2.

Daha büyük bir bölüm alabilirsin ama daha azını alamazsın (büyük kayıplar olacak ama buna ihtiyacımız yok). Tel satın alırken, gerçek kesite dikkat edin, çünkü bugün beyan edilen boyutlar çoğu zaman gerçek olanlara karşılık gelmez. Kontrol etmek için çapı ölçmeniz ve enine kesiti saymanız gerekecektir (bunu nasıl yapacağınızı okuyabilirsiniz).

Sistemin montajı yapılırken güneş panellerinin artılarını uygun kesitli çok damarlı bir kablo kullanarak, eksi için ise tek bir kalın kablo kullanarak gerçekleştirmek mümkündür. Pillere bağlanmadan önce, tüm "artıları" ortak bir katotlu diyotlardan veya diyot düzeneklerinden geçiriyoruz. Bu, piller ve pil arasındaki kablolar kısa devre yaparsa veya kırılırsa pilin kısa devre yapmasını (yangına neden olabilir) önler.

Diyotlar, SBL2040CT, PBYR040CT tipini kullanır. Bunlar bulunmazsa, bunları eski güç kaynaklarından çıkarabilirsiniz. kişisel bilgisayarlar. Genellikle SBL3040 veya benzeri vardır. Diyotlardan geçmesi arzu edilir. Çok ısındıklarını unutmayın, bu yüzden onları bir radyatöre monte etmeniz gerekir (bir tane kullanabilirsiniz).

Sistem ayrıca bir sigorta kutusuna ihtiyaç duyar. Her kullanıcı için bir tane. Tüm yükü bu blok üzerinden bağlarız. Birincisi, sistem çok daha güvenli. İkincisi, sorun çıkarsa, kaynağını belirlemek daha kolaydır (yanmış bir sigorta ile).

Her gün milyarlarca kilovat güneş enerjisi gezegenimize giriyor. İnsanlar uzun zamandır bu enerjiyi ihtiyaçları için kullanmaya başladılar. İlerleme ile birlikte, güneş enerjisini dönüştürmek için güneş panelleri kullanılmaya başlandı. Ancak bu cihazlar etkili midir? Güneş panellerinin verimi ne kadardır ve neye bağlıdır? Geri ödeme süreleri nedir ve güneş panelleri kullanmanın karlılığını nasıl hesaplayabilirsiniz? Bu sorular, güneş panelleri almayı planlayan veya satın almaya karar vermiş olan herkesi ilgilendirir, bu nedenle bu konu bu makaleye ayrılmıştır.

Güneş panellerinin çalışma prensibinin neye dayandığına hızlıca bir göz atalım. Yarı iletkenlerin fiziksel özelliklerine dayanır. Atomların dış yörüngesinden elektronların ışığının fotonları tarafından dışarı atılması nedeniyle, yeterince fazla sayıda serbest elektron oluşur. Devre kapatıldıktan sonra bir elektrik akımı oluşur. Ancak, kural olarak, yeterli gücü elde etmek için bir veya iki fotosel yeterli değildir, bu nedenle güneş modülleri çoğunlukla birkaç güneş paneli içerir. Ne kadar çok güneş pili birbirine bağlanırsa, yani güneş panellerinin alanı ne kadar büyük olursa, ürettikleri güç o kadar büyük olur. Panellerin alanına ek olarak, güneş ışığının şiddeti ve ışınların geliş açısı da çıktı üzerinde somut bir etkiye sahiptir.

Verimlilik kavramını anlamak

Panel verim değeri, elektrik enerjisinin gücünün panel üzerine düşen güneş ışığının gücüne bölünmesi ile elde edilir. Bugüne kadar, bu göstergenin pratikte ortalama değeri% 12-25 iken, teoride bu rakam% 80-85'e yaklaşmaktadır. Bu kadar büyük bir farkın sebebi nedir? Her şeyden önce, güneş panellerinin üretiminde kullanılan malzemelere bağlıdır. Bilindiği üzere panelleri oluşturan ana element silikondur. Bu maddenin ana dezavantajlarından biri, yalnızca kızılötesi radyasyonu emme yeteneğidir, yani ultraviyole ışınlarının enerjisi boşa harcanır. Bu nedenle, bilim adamlarının güneş panellerinin verimliliğini artırmaya çalıştıkları ana alanlardan biri, çok katmanlı modüllerin geliştirilmesidir.

Çok katmanlı piller, farklı malzemelerden oluşan katmanlardan oluşan bir yapıdır. Farklı enerjilerin miktarlarına göre seçilirler. Yani, bir katman yeşil enerjiyi emer, ikincisi - mavi, üçüncüsü - kırmızı. Teorik olarak, bu katmanların çeşitli kombinasyonları %87'lik bir verimlilik değeri verebilir. Ancak bu maalesef sadece bir teori. Pratikte görüldüğü gibi, bu tür yapıların endüstriyel ölçekte üretilmesi çok zahmetli bir iştir ve bu tür modüllerin maliyeti çok yüksektir.

Kullanılan silikon türü de güneş modüllerinin verimliliğini etkiler. Monokristal silikondan yapılan paneller, polikristal silikon panellerden daha yüksek verimliliğe sahiptir. Ancak monokristal pillerin fiyatı daha yüksektir.

Temel kural: daha fazlası ile yüksek verim belirli bir güçte elektrik üretmek için daha küçük bir alana sahip bir modül gerekecektir, yani güneş paneline daha az sayıda fotosel dahil edilecektir.

Güneş panelleri ne kadar çabuk kendini amorti edecek?

Günümüzde güneş panellerinin maliyeti oldukça yüksektir. Ve panellerin verimliliğinin düşük değeri göz önüne alındığında, geri ödeme konusu çok önemlidir. Güneş enerjisi ile çalışan pillerin kullanım ömrü yaklaşık 25 yıl veya daha fazladır. Bu kadar uzun bir hizmet ömrüne neyin sebep olduğu hakkında biraz sonra konuşacağız ama şimdilik yukarıda dile getirilen soruyu öğreneceğiz.

Geri ödeme süresi şunlardan etkilenir:

Seçilen ekipman tipi. Tek katmanlı güneş pilleri, çok katmanlı olanlara kıyasla daha düşük verimliliğe sahiptir, ancak aynı zamanda çok daha düşük bir fiyata sahiptir.
Coğrafi konum, yani bölgenizde ne kadar çok güneş ışığı varsa, kurulu modül o kadar hızlı kendini amorti eder.
Ekipman maliyeti. Güneş enerjisi tasarruf sistemini oluşturan elemanların satın alınması ve kurulumu için ne kadar çok para harcarsanız, geri ödeme süresi o kadar uzun olur.
Bölgenizdeki enerji kaynaklarının maliyeti.

Güney Avrupa ülkeleri için ortalama geri ödeme süresi 1,5-2 yıl, Orta Avrupa ülkeleri için - 2,5-3,5 yıl ve Rusya'da geri ödeme süresi yaklaşık 2-5 yıldır. Yakın gelecekte, güneş panellerinin verimliliği önemli ölçüde artacaktır, bunun nedeni, verimliliği artıran ve panel maliyetlerini azaltan daha ileri teknolojilerin geliştirilmesidir. Ve sonuç olarak güneş enerjisinde enerji tasarrufu sağlayan sistemin kendini amorti edeceği süre de azalacaktır.

Güneş panelleri ne kadar dayanır?

Güneş panellerinin bileşimi mekanik hareketli parçalar içermez, bu nedenle oldukça güvenilir ve dayanıklıdırlar. Yukarıda bahsedildiği gibi hizmet ömürleri 25 yıldan fazladır. Uygun bakım ile 50 yıla kadar dayanabilirler. Büyük bir artı, bu kadar uzun bir hizmet ömrünün büyük arızalar olmadan yapmasıdır, fotosellerin aynalarını tozdan ve diğer kirleticilerden sistematik olarak temizlemek yeterlidir. Bu, daha iyi enerji emilimi ve sonuç olarak daha yüksek bir verimlilik için gereklidir.

Güneş paneli satın alıp almamaya karar verirken uzun bir kullanım ömrü ana kriterlerden biridir. Piller kendilerini ödedikten sonra, Elektrik enerjisi tamamen ücretsiz olacak. Geri ödeme süresi maksimum olsa bile (yaklaşık 6 yıl), enerji kaynaklarına en az 20-25 yıl ödemezsiniz.

Verimliliği artıran son gelişmeler

Neredeyse her gün dünyanın dört bir yanından bilim adamları, güneş modüllerinin verimliliğini artırmak için yeni bir yöntem geliştirildiğini duyuruyor. En ilginçlerini tanıyalım. Geçen yıl Sharp, %43,5 verimliliğe sahip bir güneş pilini halka tanıttı. Enerjiyi doğrudan öğeye odaklamak için bir mercek takarak bu rakamı elde edebildiler.

Alman fizikçiler Sharp'ın gerisinde kalmıyor. Haziran 2013'te sadece 5,2 metrekare alana sahip güneş pillerini piyasaya sürdüler. mm, 4 kat yarı iletken elemandan oluşur. Bu teknoloji,% 44,7'lik bir verimlilik elde etmeyi mümkün kıldı. maksimum verimlilik bu durum ayrıca odak noktasına bir içbükey ayna yerleştirilerek elde edilir.

Ekim 2013'te Stanford'dan bilim adamlarının çalışmalarının sonuçları yayınlandı. Fotovoltaik hücrelerin performansını artırabilen, ısıya dayanıklı yeni bir kompozit geliştirdiler. Verimliliğin teorik değeri yaklaşık %80'dir. Yukarıda yazdığımız gibi, silikon içeren yarı iletkenler yalnızca IR radyasyonunu emebilir. Bu nedenle, yeni kompozit malzemenin eylemi, yüksek frekanslı radyasyonu kızılötesine dönüştürmeyi amaçlamaktadır.

Sırada İngiliz bilim adamları vardı. Hücre verimliliğini %22 artırabilen bir teknoloji geliştirdiler. İnce film panellerin pürüzsüz yüzeyine alüminyum nanospikler yerleştirmeyi önerdiler. Bu metal, güneş ışığını emmemesi, aksine saçması nedeniyle seçildi. Sonuç olarak, emilen güneş enerjisi miktarı artar. Dolayısıyla güneş pili performansındaki artış.

Burada sadece ana gelişmelere yer veriliyor, ancak konu bunlarla sınırlı değil. Bilim adamları her yüzde onda bir için savaşıyorlar ve şimdiye kadar başarılı oluyorlar. Umarız yakın gelecekte güneş panellerinin verimliliği uygun seviyede olur. Sonuçta, panelleri kullanmanın faydası maksimum olacaktır.

Makale Abdullina Regina tarafından hazırlanmıştır.

Moskova zaten sokakları ve parkları aydınlatmak için yeni teknolojiler kullanıyor, sanırım ekonomik verimlilik burada hesaplandı:

Perovskite CH3NH3PbI3'ün kristal kafesi

Wikimedia Commons

Amerikalı araştırmacılar, perovskite dayalı güneş pillerinde, aşırı enerjiye sahip yük taşıyıcıların, onu ısı şeklinde dağıtmadan önce önemli bir mesafe kat edebildiklerini gösterdiler. Bu, fotovoltaik hücrelerin pratikte, teorik verimlilik sınırının geleneksel silikon olanlardan iki kat daha yüksek olduğu sıcak taşıyıcılara uygulanmasının oldukça mümkün olduğu anlamına gelir. Dergide yayınlanan araştırma Bilim.

Yarı iletken olarak silikon kullanan günümüzün en yaygın güneş pillerinde, teorik olarak mümkün olan verimlilik yüzde 30'un ancak üzerindedir. Bunun nedeni, silikon hücrelerin güneş ışığının spektrumunu yalnızca kısmen kullanabilmesidir. Enerjileri eşiğin altında olan fotonlar emilmez ve çok yüksek enerjiye sahip olanlar, fotoselde sözde sıcak yük taşıyıcılarının (örneğin elektronlar) oluşumuna yol açar. İkincisinin ömrü yaklaşık bir pikosaniyedir (10-12 saniye), sonra "soğurlar", yani fazla enerjiyi ısı şeklinde dağıtırlar. Sıcak taşıyıcılar toplanabilseydi, bu teorik verimlilik sınırını yüzde 66'ya, yani iki katına çıkarırdı. Bazı deneylerde küçük bir enerji korunumu gözlemlenmiş olsa da, sıcak taşıyıcılar üzerindeki elementler oldukça varsayımsal kalmaktadır.

Purdue Üniversitesi'nden ve Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'ndan (ABD) bilim adamları, perovskitlere dayalı yeni bir gelecek vaat eden fotovoltaik hücre sınıfının araştırılmasına katkıda bulundular ve bu tür hücrelerde sıcak taşıyıcıların yalnızca artan bir ömre (100 pikosaniyeye kadar) sahip olmadığını, ayrıca ayrıca birkaç yüz nanometrelik (yarı iletken bir katmanın kalınlığıyla karşılaştırılabilir) önemli mesafeleri "geçebilir".

Organometalik perovskitler, isimlerini kristal yapılarından alırlar. Esasen doğal bir mineral olan perovskite veya kalsiyum titanatın yapısını tekrarlar. Kimyasal olarak, kurşun ve organik katyonların karışık halojenürleridir. Çalışmanın yazarları, kurşun iyodür ve metilamonyum bazlı ortak bir perovskit kullandılar. Yazarlar, perovskitlerdeki sıcak taşıyıcıların ömrünün diğer yarı iletkenlere kıyasla önemli ölçüde arttığı gerçeğine dayanarak, sıcak taşıyıcıların soğutma sırasında ne kadar uzağa aktarılabileceğini bulmaya karar verdiler. Araştırmacılar, ultra yüksek hızlı mikroskopi kullanarak, sıcak taşıyıcıların yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlüğe sahip ince perovskite filmlerde taşınmasını doğrudan gözlemleyebildiler.

Uyarımdan sonraki ilk pikosaniye sırasında bir yarı iletkende sıcak taşıyıcıların taşınması

Guo ve diğerleri / Bilim 2017

Perovskitlerdeki yavaş soğumanın 600 nanometreye kadar bir aralıkla ilişkili olduğu ortaya çıktı. Bu, fazla enerjiye sahip yük taşıyıcıların teorik olarak yarı iletken tabakayı aşıp elektrota ulaşabilecekleri, yani toplanabilecekleri anlamına gelir (ancak işin yazarları bunun teknik olarak nasıl uygulanacağını tartışmazlar). Bu nedenle, sıcak taşıyıcılar üzerindeki güneş pilleri, temel olarak perovskitler kullanılarak uygulanabilir.

Bugüne kadar, galyum arsenit, indiyum, fosforlu germanyum içeren çok katmanlı çok bileşenli fotovoltaik hücreler için %46'ya varan maksimum verimlilik kaydedilmiştir. Bu tür yarı iletkenler, spektrumun farklı kısımlarını emerek ışığı daha verimli kullanır. Üretimleri çok pahalıdır, bu nedenle bu tür elementler sadece uzay endüstrisinde kullanılmaktadır. Daha önce esnek ve ince filmler şeklinde üretilebilen kadmiyum tellür bazlı elementler hakkında da yazmıştık. Güneş enerjisinden elektrik üretimine toplam katkı henüz %1'i geçmemesine rağmen, büyüme hızı patlayıcı denilebilir. Yenilenebilir güneş enerjisinin kullanımına özellikle ilgi duyan Hindistan ve Çin gibi ülkeler var. Google 2016 yılı sonunda ise bu yıl tamamen yenilenebilir enerjiye geçeceğini açıklamıştır.

Şu anda, gerçek verimliliği yüzde 10-20 olan silikon fotoseller ağırlıklı olarak günlük yaşamda kullanılmaktadır. Perovskite tabanlı unsurlar 10 yıldan daha kısa bir süre önce ortaya çıktı ve hemen hak ettikleri ilgiyi uyandırdı (onlar hakkında zaten yazdık). Bu tür hücrelerin verimliliği hızla artmakta ve pratik olarak yüzde 25'e ulaşmış olup, bu silikon fotosellerin en iyi örnekleriyle karşılaştırılabilir. Ayrıca imalatları da oldukça kolaydır. Teknolojik başarıya rağmen, perovskite hücrelerin fiziksel çalışma prensipleri nispeten az çalışılmıştır, bu nedenle, Amerika Birleşik Devletleri'nden bilim adamlarının tartışılan çalışmaları, fotovoltaiklerin temel temellerine önemli bir katkı sağlamaktadır ve elbette, daha fazla beklentiyi de beraberinde getirmektedir. güneş pillerinin verimliliğini artırmak.

Daria Spasskaya

içinde olan insanlarla tanışmakla ilgileniyorum sürekli arama. Bunların arasında elektrikli araç hayranı olan meslektaşım Alexander da var. Gelişmeleri ve Ukrayna'da bir elektrikli araç filosunun oluşumu hakkında bilgiyi burada bulabilirsiniz. Ancak garip bir şekilde elektrikli otomobilin yanı sıra yüksek verimli güneş panelleriyle de ilgileniyor.

Ona bir soru sorduktan sonra biraz terlemem gerekti ve olay bu oldu.

Silikon kristal fotomodüller

Günümüzde silikon modül hücrelerinin verimliliği yaklaşık %15 - 20'dir (polikristaller - tek kristaller). Bu rakam yakında birkaç yüzde artabilir. Örneğin, dünyanın en büyük kristal silikon modül üreticilerinden biri olan SunTech Power, iki yıl içinde %22 verimli PV modüllerini piyasaya sürme niyetini açıkladı.

Tek kristal hücrelerin mevcut laboratuvar numuneleri, %25, polikristalin - %20,5 verimlilik göstermektedir. Silikon tek bağlantı (p-n) elemanları için teorik maksimum verimlilik %33,7'dir. Buna ulaşılana kadar üreticilerin temel görevi, hücrelerin verimini artırmanın yanı sıra, üretim teknolojisini geliştirmek ve fotomodüllerin maliyetini düşürmektir.

Tandem çok katmanlı hücrelere benzer şekilde birkaç silikon katmanı kullanılarak HIT teknolojisi (İçsel İnce Katmanlı Heterojonksiyon) kullanılarak üretilen Sanyo fotomodülleri ayrı olarak konumlandırılmıştır. Tek kristalli C-Si ve birkaç nanokristalin nc-Si katmanından elde edilen bu tür elementlerin verimliliği %23'tür. Bu, günümüzde seri kristal modüllerin en yüksek hücre verimliliğidir.

İnce film güneş pilleri

Bu isim altında, performansı aşağıdaki gibi söylenebilecek birkaç farklı teknoloji geliştirilmiştir.

Bugün, üç ana inorganik film güneş pili türü vardır - amorf silikon (a-Si) bazlı silikon filmler, kadmiyum tellür (CdTe) bazlı filmler ve bakır-indiyum-galyum selenid (CuInGaSe2 veya CIGS) filmler.

Amorf silikon bazlı modern ince film güneş pillerinin verimliliği yaklaşık %10, kadmiyum tellür bazlı foto modüller - %10-11 (First Solar tarafından üretilmiştir), bakır-indiyum-galyum selenit bazlı - %12-13 (Japonca) güneş modülleri SOLAR FRONTIER) . Seri hücrelerin verimlilik göstergeleri: CdTe %15,7 (MiaSole modülleri) ve İsviçre'de üretilen CIGS hücreleri - %18,7 (EMPA) verimliliğe sahiptir.

Bireysel ince film güneş pillerinin verimliliği çok daha yüksektir, örneğin, amorf silikondan elde edilen hücrelerin laboratuvar numunelerinin performansına ilişkin veriler - %12,2 (United Solar), CdTe hücreleri - %17,3 (First Solar), CIGS hücreleri - 20,5 % ( ZSW). Şimdiye kadar, amorf silikondan ince filmlere dayalı güneş enerjisi dönüştürücüler, diğer ince film teknolojileri arasında üretim açısından liderdir - ince film Si elementleri için dünya pazarının hacmi yaklaşık% 80, kadmiyum tellür bazlı güneş pilleri - yaklaşık Pazarın %18'i ve bakır-indiyum-galyum selenid - pazarın %2'si.

Bunun nedeni, her şeyden önce, hammaddelerin maliyeti ve mevcudiyetinin yanı sıra, çok katmanlı yapılardan daha yüksek bir özellik stabilitesidir. İndiyum (CIGS elementleri) ve tellür (CdTe elementleri) küçük miktarlarda dağılmış ve çıkarılmışken, silikonun yerkabuğundaki en yaygın elementlerden biri olduğuna dikkat edin. Buna ek olarak, kadmiyum (CdTe elementleri) zehirlidir, ancak bu tür güneş panellerinin çoğu üreticisi ürünlerinin tamamen geri dönüştürülmesini garanti eder.

İnorganik ince filmlere dayalı fotoelektrik dönüştürücülerin daha da geliştirilmesi, üretim teknolojisinin iyileştirilmesi ve parametrelerinin stabilizasyonu ile ilişkilidir.

Yine de, özelliklerin kararlılığına ve nispeten ucuz fiyata bağlı olarak, amorf silikon temelinde yapılan güneş pilleri tercih edilir. Ancak verimlilik, gördüğümüz gibi,% 12,2'den fazla değil.

Bugüne kadar laboratuvar koşullarında daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. İsviçre Ulusal Malzeme, Bilim ve Teknoloji Laboratuvarı EMPA'dan yeni nesil ince film güneş panelleriyle çalışarak yüksek bir verimlilik oranı (%20,4) elde etmeyi başaran mühendislerin gelişimi buna bir örnektir. Yeni paneller, karmaşık bileşik CIGS veya bakır indiyum galyum (di) selenidden (bakır-indiyum-galyum-(di) selenid) elde edilen esnek polimerlere dayanmaktadır.