Typer av solpaneler: jämförande översikt av konstruktioner och tips för val av paneler

Alternativ energi utvecklas maximalt i Europa och visar med sina resultat sin potential. Nya typer av solpaneler dyker upp, och deras verkningsgrad ökar.

Om man vill försörja en industribyggnad eller bostad med solenergi, måste man först förstå skillnaderna mellan utrustningarna och vilka solpaneler som passar för klimatet i en viss region.

Vi hjälper dig att reda ut detta. I artikeln behandlas funktionsprincipen för fotovoltaiska omvandlare, en översikt över olika typer av solpaneler ges med deras egenskaper, fördelar och nackdelar. Efter att ha läst materialet kan du göra rätt val för att installera ett effektivt solsystem.

Funktionsprincip för solpaneler

De allra flesta solpaneler är i fysikalisk mening fotovoltaiska omvandlare. Den elgenererande effekten uppstår vid halvledarövergången p-n.

Det är just kiselplattorna som utgör grunden för solpanelernas tillverkningskostnad, men om de används som dygnet runt-elkälla måste man även köpa dyra batterier.

Panelen består av två kiselplattor med olika egenskaper. Under ljusets påverkan uppstår brist på elektroner i den ena och överskott i den andra. Varje platta har kopparremsor för strömavledning som ansluts till spänningsomvandlare.

En industriell solpanel består av många laminerade fotovoltaiska celler som är sammanfogade och fästa på ett flexibelt eller styvt underlag.

Utrustningens verkningsgrad beror till stor del på kiselns renhet och kristallernas orientering. Det är just dessa parametrar som ingenjörer försöker förbättra under de senaste decennierna. Det största problemet är de höga kostnaderna för processerna som ligger till grund för rening av kisel och för att orientera kristallerna i samma riktning över hela panelen.

Årligen ökar den maximala verkningsgraden för olika solpaneler, eftersom miljarder dollar investeras i forskning om nya fotovoltaiska material (+)

Halvledarna i fotoelektriska omvandlare kan tillverkas inte bara av kisel utan även av andra material – batteriets funktionsprincip förändras inte.

Typer av fotovoltaiska omvandlare

Industriella solpaneler klassificeras efter deras konstruktionsegenskaper och typ av aktivt fotoelektriskt skikt.

Man skiljer på följande batterityper efter enhetstyp:

• flexibla paneler;
• styva moduler.

Flexibla tunnfilmspaneler tar gradvis en allt större nisch på marknaden tack vare sin installationsmångsidighet, eftersom de kan installeras på de flesta ytor med olika arkitektoniska former.

De verkliga egenskaperna hos solpaneler är vanligtvis lägre än de som anges i bruksanvisningen. Därför är det bra att själv se ett liknande genomfört projekt innan du installerar dem hemma.

Efter typ av aktivt fotoelektriskt skikt delas solceller in i följande varianter:

1. Kiselbaserade: monokristallina, polykristallina, amorfa.
2. Tellur-kadmiumbaserade.
3. Baserade på indium-koppar-gallium-selenid.
4. Polymerbaserade.
5. Organiska.
6. Baserade på galliumarsenid.
7. Kombinerade och flerskiktade.

Inte alla typer av solpaneler är av intresse för den breda konsumenten, utan endast de två första kristallina undertyperna.

Även om vissa andra paneltyper har högre verkningsgrad, har de inte fått stor spridning på grund av hög kostnad.

Kiselelektriska fotoceller är ganska känsliga för värme. Bastemperaturen för mätning av elproduktion är 25°C. När den höjs med en grad minskar panelernas effektivitet med 0,45-0,5%.

Härnäst kommer vi att i detalj granska solpanelerna som är av störst konsumentintresse.

Egenskaper hos kiselbaserade paneler

Kisel för solceller tillverkas av kvartspulver – malda kvartskristaller. De rikaste fyndigheterna av råmaterial finns i Västra Sibirien och Mellersta Ural, så utsikterna för denna riktning inom solenergi är praktiskt taget obegränsade.

Redan nu upptar kristallina och amorfa kiselpaneler mer än 80% av marknaden. Därför är det värt att titta närmare på dem.

Monokristallina kiselpaneler

Modern monokristallina kiselplattor (mono-Si) har en jämn mörkblå färg över hela ytan. Den renaste kiseln används för deras tillverkning. Monokristallina fotoceller har det högsta priset bland alla kiselplattor, men ger också bäst verkningsgrad.

Stora monokristallina solpaneler med vridmekanismer passar perfekt in i ökenlandskap. Där skapas förutsättningar för maximal prestanda.

Den höga produktionskostnaden beror på svårigheten att orientera alla kiselkristaller i en riktning. På grund av sådana fysiska egenskaper hos det aktiva lagret uppnås maximal verkningsgrad endast när solens strålar faller vinkelrätt mot plattans yta.

Monokristallina batterier kräver extra utrustning som automatiskt roterar dem under dagen så att panelernas plan är så vinkelrätt som möjligt mot solens strålar.

Kiselskikt med ensidigt orienterade kristaller skärs ut ur en cylindrisk metallstång, så de färdiga fotovoltaiska blocken har formen av en kvadrat med rundade hörn.

Till fördelarna med monokristallina kiselbatterier hör:

1. Hög verkningsgrad med ett värde på 17-25%.
2. Kompakthet – mindre yta för utrustningen per effektenhet jämfört med polykristallina kiselpaneler.
3. Hållbarhet – tillräcklig effektivitet i elproduktionen säkerställs i upp till 25 år.

Nackdelarna med sådana batterier är bara två:

1. Hög kostnad och lång återbetalningstid.
2. Känslighet för smuts. Damm sprider ljuset, så solpaneler täckta med det får kraftigt minskad verkningsgrad.

På grund av behovet av direkt solljus installeras monokristallina solpaneler främst på öppna platser eller på höjden. Ju närmare området är ekvatorn och ju fler soldagar det har, desto mer föredras installation av just denna typ av fotovoltaiska element.

Polykristallina solpaneler

Polykristallina kiselpaneler (multi-Si) har en ojämn blå färgintensitet på grund av kristallernas olika orientering. Renheten hos kislet som används i tillverkningen är något lägre än hos monokristallina motsvarigheter.

Kristallernas olika riktningar ger hög verkningsgrad i diffust ljus – 12-18%. Det är lägre än i enkelriktade kristaller, men i molnigt väder är sådana paneler mer effektiva.

Materialets inhomogenitet leder också till lägre produktionskostnad för kislet. Renad metall för polykristallina solpaneler hälls i formar utan större ansträngning.

I tillverkningen används speciella tekniska metoder för att forma kristaller, men deras riktning kontrolleras inte. Efter avkylning skärs kislet i lager och behandlas enligt ett särskilt förfarande.

Polykristallina paneler kräver inte konstant orientering mot solen, därför används tak på hus och industribyggnader aktivt för deras placering.

På dagen med lätt molnighet kommer fördelarna med solpaneler av amorft kisel inte att märkas, deras fördelar framträder endast vid täta moln eller i skugga (+)

Till fördelarna med solpaneler med flerriktade kristaller hör:

1. Hög verkningsgrad i diffust ljus.
2. Möjlighet till stationär montering på byggnadstak.
3. Lägre kostnad jämfört med monokristallina paneler.
4. Lång livslängd – effektivitetsminskningen efter 20 års drift är endast 15-20%.

Nackdelar med polykristallina paneler finns också:

1. Lägre verkningsgrad på 12-18%.
2. Relativt skrymmande – kräver mer utrymme för installation per effektenhet jämfört med monokristallina motsvarigheter.

Polykristallina solpaneler erövrar en allt större marknadsandel bland andra kiselsolpaneler. Detta möjliggörs av stora potentiella möjligheter att sänka produktionskostnaderna. Även verkningsgraden för sådana paneler ökar årligen och närmar sig snabbt 20% hos massproducerade produkter.

Solpaneler av amorft kisel

Produktionsmekanismen för solpaneler av amorft kisel skiljer sig i grunden från tillverkningen av kristallina fotovoltaiska element. Här används inte ren icke-metall, utan dess hydrid, vars heta ångor fälls ut på ett substrat.

Som ett resultat av denna teknik bildas inte klassiska kristaller, och produktionskostnaderna minskar drastiskt.

Solceller av amorft kisel kan monteras både på flexibla polymerunderlag och på styva glasskivor.

För närvarande finns det redan tre generationer av amorfa kiselpaneler, där verkningsgraden ökar markant för varje generation. Medan de första fotovoltaiska modulerna hade en verkningsgrad på 4–5 %, säljs nu modeller av andra generationen med 8–9 % verkningsgrad i stor skala på marknaden.

De senaste amorfa panelerna har en verkningsgrad på upp till 12 % och börjar redan dyka upp i butikerna, men de är fortfarande ganska dyra.

På grund av denna produktionstekniks egenskaper kan ett kisellager skapas både på ett styvt och på ett flexibelt underlag. Därför används amorfa kiselmoduler aktivt i flexibla tunnfilmssolmoduler. Men alternativen med elastiskt underlag är mycket dyrare.

Den fysikalisk-kemiska strukturen hos amorft kisel gör det möjligt att maximalt absorbera fotoner från svagt spritt ljus för elproduktion. Därför är sådana paneler lämpliga för användning i nordliga områden med stora fria ytor.

Effektiviteten hos batterier baserade på amorft kisel minskar inte heller vid hög temperatur, även om de är sämre i detta avseende jämfört med paneler av galliumarsenid.

Vid samma utrustningskostnad visar solpaneler av kisellhydrid högre prestanda än sina mono- och polykristallina motsvarigheter (+)

Sammanfattningsvis kan följande fördelar med amorfa solpaneler nämnas:

1. Mångsidighet – möjlighet att tillverka flexibla och tunna paneler, montera batterier på alla arkitektoniska former.
2. Hög verkningsgrad i spritt ljus.
3. Stabil drift vid höga temperaturer.
4. Enkel och pålitlig konstruktion. Sådana paneler går nästan aldrig sönder.
5. Behåller funktionalitet under svåra förhållanden – mindre prestandaförlust vid dammig yta jämfört med kristallina motsvarigheter

Livslängden för sådana fotovoltaiska element, från och med andra generationen, är 20–25 år med en effektminskning på 15–20 %. Till nackdelarna med amorfa kiselpaneler hör endast behovet av större arealer för placering av utrustning med erforderlig effekt.

Översikt över kiselfria enheter

Vissa solpaneler tillverkade med sällsynta och dyra metaller har en verkningsgrad på över 30 %. De är flera gånger dyrare än sina kiselbaserade motsvarigheter, men har ändå tagit en högteknologisk marknadsnisch tack vare sina speciella egenskaper.

Solpaneler av sällsynta metaller

Det finns flera typer av solpaneler av sällsynta metaller, och inte alla har högre verkningsgrad än monokristallina kiselmoduler.

Men förmågan att arbeta under extrema förhållanden gör att tillverkare av sådana solpaneler kan producera konkurrenskraftiga produkter och bedriva vidare forskning.

Kadmiumtelluridpaneler används aktivt för beklädnad av byggnader i ekvatorial- och arabiska länder, där deras yta värms upp till 70–80 grader under dagen.

De viktigaste legeringarna som används för tillverkning av fotovoltaiska celler är kadmiumtellurid (CdTe), kopparindiumgalliumselenid (CIGS) och kopparindiumselenid (CIS).

Kadmium är en giftig metall, medan indium, gallium och tellur är ganska sällsynta och dyra, därför är massproduktion av solpaneler baserade på dem även teoretiskt omöjlig.

Verkningsgraden för sådana paneler ligger på 25–35 %, även om den i undantagsfall kan nå upp till 40 %. Tidigare användes de främst inom rymdindustrin, men nu har en ny lovande riktning dykt upp.

På grund av den stabila driften av fotoceller av sällsynta metaller vid temperaturer på 130–150 °C används de i solvärmekraftverk. Samtidigt koncentreras solstrålarna från dussintals eller hundratals speglar på en liten panel som samtidigt genererar elektricitet och överför termisk energi till en vattenvärmeväxlare.

Vid uppvärmning av vatten bildas ånga, som får en turbin att rotera och generera elektricitet. På så sätt omvandlas solenergi till elektrisk energi samtidigt på två sätt med maximal effektivitet.

Polymer- och organiska motsvarigheter

Fotovoltaiska moduler baserade på organiska och polymera föreningar började utvecklas först under det senaste decenniet, men forskare har redan nått betydande framgångar. Störst framsteg har det europeiska företaget Heliatek visat, som redan har utrustat flera höghus med organiska solpaneler.

Tjockleken på dess rullfilmskonstruktion av typen HeliaFilm är endast 1 mm.

Vid tillverkning av polymerpaneler används ämnen som kolbaserade fullener, kopparftalocyanin, polyfenylen och andra. Verkningsgraden för sådana fotoceller når redan 14–15 %, och produktionskostnaden är flera gånger lägre än för kristallina solpaneler.

Frågan om nedbrytningstiden för det organiska aktiva skiktet är akut. För närvarande är det inte möjligt att på ett tillförlitligt sätt bekräfta dess verkningsgrad efter flera års drift.

Fördelarna med organiska solpaneler är:

• möjlighet till miljösäker avfallshantering;
• låg produktionskostnad;
• flexibel konstruktion.

Till nackdelarna med sådana fotoceller hör den relativt låga verkningsgraden och bristen på tillförlitlig information om panelernas stabila driftstid. Det är möjligt att om 5–10 år kommer alla nackdelar med organiska solceller att försvinna, och de blir seriösa konkurrenter till kiselplattor.

Vilken solpanel ska man välja?

Val av solpaneler för fritidshus på breddgrad 45-60° är inte svårt. Här är det bara två alternativ att överväga: polykristallina och monokristallina kiselsolpaneler.

Vid brist på utrymme bör du föredra mer effektiva modeller med ensidig kristallorientering, vid obegränsad yta rekommenderas att köpa polykristallina paneler.

Det är inte värt att lita på prognoser från analytiska företag om solpanelsmarknadens utveckling, eftersom de bästa exemplaren kanske ännu inte har uppfunnits.

Att välja en specifik tillverkare, önskad effekt och extrautrustning görs bäst med hjälp av chefer från företag som säljer och installerar sådan utrustning. Du bör veta att kvaliteten och priset på fotovoltaiska moduler från de största tillverkarna skiljer sig lite.

Du bör tänka på att vid beställning av ett nyckelfärdigt utrustningspaket utgör kostnaden för själva solpanelerna endast 30-40% av totalsumman. Återbetalningstiden för sådana projekt är 5-10 år och beror på energiförbrukningsnivån och möjligheten att sälja överskott av el till stadsnätet.

Vissa hantverkare föredrar att montera solpaneler själva. På vår webbplats finns artiklar med detaljerad beskrivning av tillverkningstekniken för sådana paneler, deras anslutning och installation av solvärmesystem.

Vi rekommenderar att du tittar på:

1. Tillverka din egen solpanel: handledning för egen montering
2. Solvärmesystem: genomgång av tekniker för uppvärmning med solfångare
3. Anslutningsschema för solpaneler: till regulatorn, till ackumulatorn och till de betjänade systemen

Slutsatser och användbar video om ämnet

De presenterade videorna visar hur olika solpaneler fungerar i verkliga förhållanden. De hjälper dig också att förstå valet av tillbehör.

Regler för val av solpaneler och tillbehör:

Typer av solpaneler:

Test av monokristallin och polykristallin panel:

För hushåll och mindre industriella anläggningar finns det inget verkligt alternativ till kristallina kiselpaneler än så länge. Men utvecklingstakten för nya typer av solpaneler ger hopp om att solenergi snart kommer att bli den främsta elkällan i många fritidshus.

Alla som är intresserade av val och användning av solpaneler uppmanas att lämna kommentarer, ställa frågor och delta i diskussioner. Kontaktformuläret finns i det nedre blocket.