Typy solárních panelů: srovnávací přehled návrhů a tipy pro výběr panelů

Alternativní energie se v Evropě rozvíjí na maximum a ukazuje svůj slib s výsledky.Objevují se nové typy solárních panelů a jejich účinnost se zvyšuje.

Pokud chcete zajistit provoz průmyslové budovy nebo obytných prostor pomocí solární energie, musíte se nejprve seznámit s rozdíly mezi zařízeními a pochopit, které solární panely jsou vhodné pro klimatické podmínky konkrétního regionu.

Pomůžeme vám tento problém vyřešit. Článek pojednává o principu činnosti fotoelektrických konvertorů a poskytuje přehled různých typů solárních článků s uvedením jejich vlastností, výhod a nevýhod. Po seznámení s materiálem budete schopni udělat správnou volbu pro uspořádání efektivního solárního systému.

Princip fungování solárních panelů

Naprostá většina solárních panelů jsou ve fyzikálním smyslu fotovoltaické konvertory. K elektrickému generujícímu efektu dochází v místě polovodičového p-n přechodu.

Právě křemíkové destičky tvoří základ nákladů na solární panely, ale při jejich použití jako nepřetržitého zdroje elektřiny budete muset dokupovat drahé baterie

Panel se skládá ze dvou křemíkových plátků s různými vlastnostmi. Pod vlivem světla jeden z nich vyvine nedostatek elektronů a druhý - jejich přebytek.Každá deska má pásy měděných vodičů, které jsou připojeny k měničům napětí.

Průmyslový solární panel se skládá z několika vrstvených fotovoltaických článků spojených dohromady a namontovaných na pružném nebo tuhém substrátu.

Účinnost zařízení závisí do značné míry na čistotě křemíku a orientaci jeho krystalů. Právě tyto parametry se inženýři v posledních desetiletích snažili vylepšit. Hlavním problémem s tím jsou vysoké náklady na procesy, které jsou základem čištění křemíku a uspořádání krystalů v jednom směru v celém panelu.

Každý rok se maximální účinnost různých solárních panelů mění směrem nahoru, protože do výzkumu nových fotovoltaických materiálů se investují miliardy dolarů (+)

Polovodiče fotoelektrických měničů mohou být vyrobeny nejen z křemíku, ale také z jiných materiálů - princip fungování baterie to se nemění.

Typy fotoelektrických měničů

Průmyslové solární panely jsou klasifikovány podle konstrukčních prvků a typu pracovní fotovoltaické vrstvy.

Existují tyto typy baterií podle typu zařízení:

• flexibilní panely;
• tuhé moduly.

Flexibilní tenkovrstvé panely postupně zabírají stále větší mezeru na trhu díky své všestrannosti montáže, protože je lze instalovat na většinu povrchů s různými architektonickými tvary.

Skutečné vlastnosti solárních panelů jsou obvykle nižší než ty, které jsou uvedeny v návodu. Před jejich instalací doma je proto vhodné vidět podobný dokončený projekt sami.

Podle typu pracovní fotovoltaické vrstvy se solární baterie dělí na následující typy:

1. Křemík: monokrystalický, polykrystalický, amorfní.
2. Telur-kadmium.
3. Na bázi selenidu india-měď-gallia.
4. Polymer.
5. Organické.
6. Na bázi arsenidu galia.
7. Kombinované a vícevrstvé.

Ne všechny typy solárních panelů jsou zajímavé pro běžného spotřebitele, ale pouze první dva krystalické podtypy.

Ačkoli některé jiné typy panelů mají vysokou účinnost, nejsou široce používány kvůli jejich vysoké ceně.

Křemíkové fotovoltaické články jsou poměrně citlivé na teplo. Základní teplota pro měření výroby elektrické energie je 25°C. Při zvýšení o jeden stupeň se účinnost panelů sníží o 0,45-0,5%.

Dále budou podrobně probrány solární panely, o které je největší zájem spotřebitelů.

Charakteristika panelů na bázi křemíku

Křemík pro solární články je vyroben z křemenného prášku - mletých křemenných krystalů. Nejbohatší ložiska surovin jsou v západní Sibiři a na Středním Uralu, takže vyhlídky této oblasti sluneční energie jsou téměř neomezené.

Již nyní zaujímají panely z krystalického a amorfního křemíku více než 80 % trhu. Proto stojí za to se nad nimi podrobněji zabývat.

Monokrystalické křemíkové panely

Moderní monokrystalické křemíkové destičky (mono-Si) mají jednotnou tmavě modrou barvu po celém povrchu. K jejich výrobě se používá nejčistší křemík. Monokrystalické solární články mají nejvyšší cenu ze všech křemíkových plátků, ale také poskytují nejlepší účinnost.

Velké monokrystalické solární panely s otočnými mechanismy dokonale zapadají do pouštních krajin. Jsou zde podmínky pro maximální produktivitu

Vysoká cena výroby je způsobena obtížností orientace všech krystalů křemíku stejným směrem. Díky těmto fyzikálním vlastnostem pracovní vrstvy je maximální účinnost zajištěna pouze tehdy, když jsou sluneční paprsky kolmé k povrchu desky.

Monokrystalické baterie vyžadují přídavné zařízení, které je během dne automaticky natočí tak, aby rovina panelů byla co nejvíce kolmá na sluneční paprsky.

Vrstvy křemíku s jednostrannými krystaly jsou vyřezány z válcového bloku kovu, takže hotové fotovoltaické bloky vypadají jako čtverec se zaoblenými rohy.

Mezi výhody monokrystalických křemíkových baterií patří:

1. Vysoká účinnost s hodnotou 17-25 %.
2. Kompaktnost - menší plocha zařízení na jednotku výkonu ve srovnání s panely z polykrystalického křemíku.
3. Trvanlivost — je zajištěna dostatečná účinnost výroby elektřiny až na 25 let.

Takové baterie mají pouze dvě nevýhody:

1. Vysoká cena a dlouhodobou návratností.
2. Citlivost na znečištění. Prach světlo rozptyluje, takže účinnost jím potažených solárních panelů prudce klesá.

Vzhledem k nutnosti přímého slunečního záření monokrystalický instalovány solární panely hlavně na otevřených plochách nebo ve výškách. Čím blíže je oblast k rovníku a čím více slunečných dní má, tím výhodnější je instalace tohoto konkrétního typu fotovoltaických prvků.

Polykrystalické solární články

Polykrystalické křemíkové panely (multi-Si) mají modrou barvu, jejíž intenzita je nerovnoměrná v důsledku různorodé orientace krystalů. Čistota křemíku použitého při jejich výrobě je o něco nižší než u monokrystalických analogů.

Vícesměrné krystaly poskytují vysokou účinnost v rozptýleném světle - 12-18%.Je nižší než u jednosměrných krystalů, ale za oblačného počasí jsou takové panely účinnější.

Heterogenita materiálu vede také ke snížení nákladů na výrobu křemíku. Vyčištěný kov pro polykrystalické solární panely se odlévá do forem bez zvláštních triků.

Při výrobě se k tvorbě krystalů používají speciální techniky, ale jejich směrovost není kontrolována. Po ochlazení se křemík rozřeže na vrstvy a zpracuje podle speciálního algoritmu.

Polykrystalické panely nevyžadují stálou orientaci vůči slunci, proto se pro jejich umístění aktivně využívají střechy domů a průmyslových objektů.

Ve dne při lehké oblačnosti nebudou přednosti solárních panelů z amorfního křemíku patrné, jejich přednosti se projeví až pod hustou oblačností nebo ve stínu (+)

Mezi výhody solárních článků s vícesměrnými krystaly patří:

1. Vysoká účinnost v podmínkách rozptýleného světla.
2. Možnost trvalé instalace na střechách budov.
3. Nižší cena ve srovnání s monokrystalickými panely.
4. Doba provozu — pokles účinnosti po 20 letech provozu je pouze 15-20 %.

Polykrystalické panely mají také nevýhody:

1. Snížená účinnost s hodnotou 12-18 %.
2. Relativní objemnost — V porovnání s monokrystalickými analogy je na jednotku výkonu zapotřebí více instalačního prostoru.

Polykrystalické solární panely získávají stále větší podíl na trhu mezi ostatními křemíkovými bateriemi. To je zajištěno širokými potenciálními možnostmi pro snížení nákladů na jejich výrobu.Účinnost takových panelů se také každým rokem zvyšuje a u sériově vyráběných produktů se rychle blíží 20 %.

Solární panely z amorfního křemíku

Mechanismus výroby solárních panelů z amorfního křemíku se zásadně liší od výroby krystalických fotovoltaických článků. Zde se nepoužívá čistý nekov, ale jeho hydrid, jehož horké páry se ukládají na substrát.

Díky této technologii nevznikají klasické krystaly a výrobní náklady se výrazně snižují.

Nanesené solární články z amorfního křemíku lze namontovat buď na flexibilní polymerní substrát, nebo na pevnou skleněnou tabuli

V tuto chvíli již existují tři generace panelů z amorfního křemíku, z nichž každá výrazně zvyšuje účinnost. Jestliže první fotovoltaické moduly měly účinnost 4-5 %, nyní se na trhu hojně prodávají modely druhé generace s účinností 8-9 %.

Nejnovější amorfní panely mají účinnost až 12 % a už se začínají objevovat v prodeji, ale stále jsou dost drahé.

Díky vlastnostem této výrobní technologie je možné vytvořit vrstvu křemíku jak na tuhém, tak na pružném substrátu. Z tohoto důvodu se moduly amorfního křemíku aktivně používají ve flexibilních tenkovrstvých solárních modulech. Možnosti s elastickým podkladem jsou však mnohem dražší.

Fyzikálně-chemická struktura amorfního křemíku umožňuje maximální absorpci fotonů slabého rozptýleného světla pro výrobu elektřiny. Proto jsou takové panely vhodné pro použití v severních oblastech s velkými volnými plochami.

Účinnost baterií na bázi amorfního křemíku neklesá ani při vysokých teplotách, i když jsou v tomto parametru horší než panely z arsenidu galia.

Při stejných nákladech na vybavení vykazují křemíkové solární panely vyšší výkon než jejich mono- a polykrystalické protějšky (+)

Abychom to shrnuli, můžeme poukázat na následující výhody amorfních solárních panelů:

1. Všestrannost — schopnost vyrábět flexibilní a tenké panely, montovat baterie na jakoukoli architektonickou formu.
2. Vysoká účinnost v rozptýleném světle.
3. Stabilní práce při vysokých teplotách.
4. Jednoduchost a spolehlivost designu. Takové panely se prakticky nerozbijí.
5. Udržení výkonu v obtížných podmínkách — menší pokles výkonu, když je povrch prašný, než u krystalických analogů

Životnost takových fotovoltaických článků od druhé generace je 20-25 let při poklesu výkonu 15-20%. Mezi jediné nevýhody amorfních křemíkových panelů patří potřeba větších ploch pro umístění zařízení požadovaného výkonu.

Přehled zařízení bez obsahu křemíku

Některé solární panely vyrobené za použití vzácných a drahých kovů mají účinnost více než 30 %. Jsou několikanásobně dražší než jejich křemíkové protějšky, ale stále zaujímají high-tech obchodní výklenek díky svým speciálním vlastnostem.

Solární panely ze vzácných kovů

Existuje několik typů solárních panelů ze vzácných kovů a ne všechny jsou účinnější než monokrystalické křemíkové moduly.

Schopnost provozu v extrémních podmínkách však umožňuje výrobcům takových solárních panelů vyrábět konkurenceschopné produkty a provádět další výzkum.

Panely z teluridu kadmia se aktivně používají pro opláštění budov v rovníkových a arabských zemích, kde se jejich povrch během dne zahřeje na 70-80 stupňů

Hlavní slitiny používané k výrobě fotovoltaických článků jsou telurid kadmia (CdTe), selenid mědi a galia (CIGS) a selenid mědi a india (CIS).

Kadmium je toxický kov a indium, gallium a telur jsou poměrně vzácné a drahé, takže hromadná výroba solárních panelů na jejich bázi je i teoreticky nemožná.

Účinnost takových panelů je na úrovni 25-35%, i když ve výjimečných případech může dosáhnout až 40%. Dříve se využívaly především ve vesmírném průmyslu, nyní se však objevil nový slibný směr.

Vzhledem ke stabilnímu provozu fotočlánků ze vzácných kovů při teplotách 130-150°C se používají v solárních tepelných elektrárnách. Sluneční paprsky z desítek či stovek zrcadel se v tomto případě soustředí na malý panel, který současně vyrábí elektřinu a zajišťuje přenos tepelné energie do vodního výměníku.

V důsledku ohřevu vody vzniká pára, která způsobuje otáčení turbíny a výrobu elektřiny. Tímto způsobem se sluneční energie přeměňuje na elektrickou energii současně dvěma způsoby s maximální účinností.

Polymer a organické analogy

Fotovoltaické moduly na bázi organických a polymerních sloučenin se začaly vyvíjet teprve v posledním desetiletí, ale výzkumníci již dosáhli výrazného pokroku.Největší pokrok vykazuje evropská společnost Heliatek, která již vybavila několik výškových budov organickými solárními panely.

Tloušťka jeho struktury role filmu je HeliaFilm je pouze 1 mm.

Při výrobě polymerových panelů se používají látky jako uhlíkové fullereny, ftalocyanin mědi, polyfenylen a další. Účinnost takových fotovoltaických článků již dosahuje 14-15% a výrobní náklady jsou několikanásobně nižší než u krystalických solárních panelů.

Otázka doby degradace organické pracovní vrstvy je akutní. Zatím není možné po několika letech provozu spolehlivě potvrdit úroveň jeho účinnosti.

Výhody organických solárních panelů jsou:

• možnost ekologicky bezpečné likvidace;
• nízké výrobní náklady;
• flexibilní design.

Mezi nevýhody takových fotovoltaických článků patří relativně nízká účinnost a nedostatek spolehlivých informací o obdobích stabilního provozu panelů. Je možné, že za 5-10 let zmizí všechny nevýhody organických solárních článků a stanou se vážnými konkurenty pro křemíkové destičky.

Jaký solární panel vybrat?

Výběr solárních panelů pro venkovské domy v zeměpisné šířce 45-60 ° není obtížný. Zde jsou pouze dvě možnosti, které stojí za zvážení: polykrystalické a monokrystalické křemíkové panely.

Při nedostatku místa je lepší dát přednost efektivnějším modelům s jednostrannou krystalovou orientací, při neomezené ploše se doporučuje zakoupit polykrystalické baterie.

Při vývoji trhu se solárními panely byste se neměli spoléhat na prognózy analytických společností, protože jejich nejlepší příklady možná ještě nebyly vynalezeny

Je lepší vybrat konkrétního výrobce, požadovaný výkon a další zařízení za účasti manažerů společností zabývajících se prodejem a instalací takového zařízení. Měli byste vědět, že kvalita a cena fotovoltaických modulů od největších výrobců se liší jen málo.

Je třeba vzít v úvahu, že při objednávce sady zařízení na klíč budou náklady na samotné solární panely pouze 30-40% z celkové částky. Doba návratnosti těchto projektů je 5-10 let a závisí na úrovni spotřeby energie a možnosti prodeje přebytečné elektřiny do městské sítě.

Někteří řemeslníci dávají přednost montáži solárních panelů vlastníma rukama. Na našem webu jsou články s podrobným popisem technologie výroby takových panelů, jejich zapojení a uspořádání solárních topných systémů.

Doporučujeme vám přečíst si:

1. Jak vyrobit solární baterii vlastníma rukama: pokyny pro vlastní montáž
2. Solární systémy vytápění: analýza technologií vytápění založených na solárních systémech
3. Schéma připojení pro solární panely: k regulátoru, k baterii a servisovaným systémům

Závěry a užitečné video k tématu

Prezentovaná videa ukazují provoz různých solárních panelů v reálných podmínkách. Pomohou vám také porozumět otázkám výběru souvisejícího vybavení.

Pravidla pro výběr solárních panelů a souvisejícího vybavení:

Typy solárních panelů:

Testování monokrystalických a polykrystalických panelů:

Pro obyvatelstvo a malá průmyslová zařízení v současnosti neexistuje žádná skutečná alternativa k panelům z krystalického křemíku.Ale tempo vývoje nových typů solárních panelů nám umožňuje doufat, že solární energie se brzy stane hlavním zdrojem elektřiny v mnoha venkovských domech.

Zveme všechny zájemce o problematiku výběru a používání solárních panelů k zanechání komentářů, dotazů a účasti v diskuzích. Kontaktní formulář se nachází ve spodním bloku.