פאנלים סולאריים לבית: איך בוחרים את הפאנלים הטובים ביותר

כיום, פאנלים סולאריים הפכו למקורות אמיתיים של אספקת חשמל חלופית לבית פרטי. הם מיוצגים באופן נרחב בשוק, והשימוש בתחנת כוח מיני סולארית הוא רווחי למדי. מצב זה נובע מהצמיחה המתמדת בייצור הפאנלים הסולאריים והציוד הנוסף, ירידת מחירי רכיבי המערכת וכתוצאה מכך עלות הייצור.

עקרון הפעולה של הסוללה הסולארית

כל סוללה סולארית היא ממיר פוטו-וולטאי המשתמש באור להפקת אנרגיה חשמלית. נכון לעכשיו, לאפקט הפוטואלקטרי בחומרים מוליכים למחצה יש ערך מעשי.

ההשפעה מבוססת על הופעת נושאי מטען חשמליים חופשיים במבנים מוליכים למחצה לא הומוגניים כאשר הם נחשפים לפוטוני אור. הוא נצפה במוליכים למחצה שונים - המבוססים על סיליקון, גליום ארסניד, קדמיום טלוריד, מולקולות פולימר גדולות.

בשל הופעתם של נשאים חופשיים, שהאנרגיה שלהם אינה מספיקה כדי להתגבר על פער הלהקה, נוצר הפרש פוטנציאלי (מתח) בין האלקטרודות של האלמנט. כאשר מעגלים חיצוניים מחוברים, נוצר זרם חשמלי ביניהם.

תכנית של פאנלים סולאריים

תאים פוטו המבוססים על מוליכים למחצה שונים ממירים חלקים שונים בספקטרום השמש לאנרגיה חשמלית.לפיכך, מודולי סיליקון גבישי לוכדים עד 80% מהקרינה עם שינוי אדום, אלמנטים סרטיים המבוססים על סיליקון אמורפי יכולים לפעול גם בתחום האינפרא אדום, טיטניום דו חמצני סופג קרניים סגולות ואולטרה סגולות.

בחלק מדגימות מעבדה, החוקרים התקרבו לרף ה-50%. אם יתקבלו אותן תוצאות בייצור תעשייתי, ניתן להוזיל את עלות הייצור ביותר מחצי בהשוואה לרמה הנוכחית.

סוגי פאנלים סולאריים

המאפיין העיקרי של סיווג מודולים סולאריים הוא החומרים המוליכים למחצה המשמשים בייצור. כיום, יותר מ-80% תפוסים על ידי פאנלים סולאריים מבוססי סיליקון. סוגים אלו הם שקיבלו את השימוש המסחרי הרחב ביותר האפשרי, הם מוצעים על ידי הרוב המכריע של המוכרים העובדים בתעשייה.

בתורו, פאנלים סולאריים מסיליקון מחולקים ל:

סוגי פאנלים סולאריים מסיליקון

תאים סולריים סיליקון מונו-גבישיים

תאים סולאריים חד-גבישיים הם תאים מחוברים חשמלית עשויים פרוסות סיליקון חד-גבישיות דקות (240 מיקרון). צירים אופטיים מכוונים לאותו כיוון, נעשה שימוש בחומר בטוהר גבוה (יותר מ-99.99%). זה מבטיח יעילות המרה מקסימלית.עם יעילות אפשרית תיאורטית לאלמנט סיליקון של 30%, בדגימות סדרתיות, הנתון מגיע ל-18-24%.

חיצונית, קל להבחין בסוללות חד-גביש - יש להן צבע שחור עמוק, האלמנט מעוצב לריבוע רגיל (מלבן) עם פינות חתוכות במהלך החיתוך.

הטכנולוגיה לייצור תאים סולאריים כאלה היא בעלת השיא מבחינת עלות בין תאי הסיליקון. עלות הייצור הגבוהה מוסברת בתהליכים המורכבים של ניקוי חומרי גלם, גידול גביש בודד וחיתוך מדויק.

כתוצאה מכך, לסוללות חד-גבישיות יש את המחיר הגבוה ביותר - כ-0.9-1.1 דולר ל-1 W של כוח.

לאלמנטים כאלה יש גם חיסרון רציני נוסף - בשל הכיוון המדויק של הצירים האופטיים של הגבישים, ההחזר האופטימלי יכול להתקבל רק כאשר קרני השמש נופלות בניצב למישור היסוד. עם שינוי משמעותי בזווית ההארה, כמו גם באור מפוזר, נצפית ירידה חדה בדור.

תאי סיליקון פולי-גבישיים

תאי סיליקון פולי-גבישיים

בסוללות רב גבישיות, התא כולל ריבוי גבישים עם כיוון אקראי של הצירים האופטיים. הייצור שלהם אינו דורש חומרי גלם בעלי דרגת טיהור גבוהה - ניתן להשתמש במקורות משניים (בפרט, סוללות סיליקון ממוחזרות), פסולת מייצור מתכות.

כתוצאה מכך, עלות הייצור מופחתת מאוד. עם זאת, זה גם מפחית את יעילות ההמרה - הדגימות הטובות ביותר מדגימות יעילות של 15-18%.

חיצונית, polycrystalline הם לוחות מלבניים רגילים של צבע כחול רווי. עלות הפקת לוחות "כחולים" היא בערך 0.7-0.9: ל-1 W.יחד עם זאת, הם מראים פחות משמעותית בתאורה מפוזרת ושכיחות אור בזוויות אחרות מ-90 מעלות.

סוללות סיליקון אמורפי

הם עשויים מסיליקון אמורפי (לא גבישי) a-Si על ידי הנחת אדי סיליקון הידריד על מצע גמיש. כתוצאה מכך מתקבל אפקט פוטו-אלקטרי יציב כבר בעובי סרט של מספר מיקרונים.

התהליך הטכנולוגי זול משמעותית הודות לכמות המינימלית הנדרשת של חומרי גלם סיליקון, דרישות מופחתות לטוהר שלו, והיעדר פעולות מורכבות כמו גידול גביש וחיתוך שלו.

יעילות ההמרה היא כ-8-11%, עלות הייצור נעה בטווח של 0.5-0.7% ל-1 W. החיסרון העיקרי של סוללות כאלה הוא יעילות ההמרה הנמוכה, הדורשת שטח גדול כדי לספק את הכוח הנדרש. עם זאת, זה יותר מתקזז על ידי היכולת להתקין על כל משטח - מצע גמיש אינו דורש אפילו בסיסים ומבנים מיוחדים להתקנה.

בנוסף, מודולים פולימורפיים מודרניים יכולים לפעול בטווח האינפרא אדום, מה שמפחית משמעותית את הפסדי היעילות בתאורה מפוזרת. כתוצאה מכך, חלקם של היסודות האמורפיים מהווה כיום כ-10% מהשוק העולמי.

סוללות CdTe סרט דק

סוללות CdTe סרט דק

תאים סולאריים המבוססים על קדמיום טלוריד (CdTe) יכולים להפוך לחלופה אמיתית לתאי סיליקון. נכון לעכשיו, הם מפגינים יעילות המרה, בממוצע, גבוהה ב-20% מסיליקון אמורפי דומה בעלות נמוכה ב-20%.זה מושג הודות למאפיינים הייחודיים של המוליך למחצה, המספק את פער הלהקה האופטימלי.

לוחות כאלה נעשים על ידי מריחת שכבה של חומר מוליכים למחצה על סרטים דקים. הטכנולוגיה עדיין זמינה למספר מצומצם של יצרנים, אך הייצור הסדרתי של סוללות כאלה כבר הושק על ידי חברת First Solar האמריקאית.

פאנלים סולאריים פולימריים

במודולים סולאריים פולימריים, האפקט הפוטואלקטרי מסופק על ידי שכבה של "מוליכים למחצה פולימריים" - מולקולות גדולות של תרכובות אורגניות. נכון לעכשיו, הטכנולוגיה של מוצרים כאלה קרובה לפריסה של ייצור בקנה מידה גדול (כמה חברות אירופאיות כבר הקימו ייצור מסחרי).

פאנלים סולאריים פולימריים

יעילות ההמרה של מכשירים כאלה מוערכת בטווח של 8-11%. בשל ייצור זול שובר שיאים, שימוש בחומרים פולימריים גמישים והיעדר בעיות בסילוק, בעתיד הקרוב, מודולים סולאריים פולימריים יוכלו להתחרות ברצינות עם מוצרים שכבר מיוצרים.

יצרנים גם מפתחים באופן פעיל פאנלים סולאריים המבוססים על:

בחירת פאנלים סולאריים

בעת בחירת פאנלים סולאריים, יש צורך לקבוע לא רק את הסוג, אלא גם את הפרמטרים החשמליים - הספק ומתח.

סוג של

בחרו את סוג הפנל הסולארי מתנאי הבידוד (מספר ימי שמש, עוצמת הקרינה):

• אז, סוללות סיליקון חד גבישי מתאימות למדי להתקנה באזורים הדרומיים.
• בנתיב האמצעי ובטריטוריות רוסיות אחרות, האפשרות הטובה ביותר תהיה לוחות פוליבריסטליים, שהוכיחו את עצמם היטב בתנאי תאורה מפוזרים.
• בקווי הרוחב הצפוניים, יש להקדיש תשומת לב רבה יותר למודולים אמורפיים, המאפשרים יצירת שטח סוללה משמעותי ללא עבודת התקנה נוספת.

גם קטגוריית האיכות דורשת תשומת לב. בסימון סוללות, פרמטר זה מצוין כדרגה A, B או C. Ceteris paribus, יש להעדיף מוצרים דרגה A - הם יחזיקו מעמד 20-30 שנה עם השפלה קטנה (לא יותר מ-20%).

קטגוריות איכות נמוכות יותר מוקצות למוצרים על סמך תוצאות בדיקות המפעל, החושפות סטייה מהפרמטרים הנומינליים של לא יותר מ-5% (דרגה B) ו-30% (דרגה C) במהלך הפעולה.

כוח ומתח

כוחם של הפאנלים נקבע באופן הבא:

• חשב את צריכת החשמל הכוללת הממוצעת (לפי מחווני מד החשמל, חשבונות החשמל). עבור צריכה יומית ממוצעת, הנתונים החודשיים מחולקים במספר הימים.
• לתוצאה המתקבלת מתווספים 20-30% על מנת לקבל מרווח, תוך התחשבות במקדם ההמרה (הפסדים בטעינת הסוללה ובפעולת המהפך).
• בהתבסס על הנתונים שהתקבלו, הספק הפלט של הפאנלים מחושב תוך התחשבות במשך שעות היום. עבור חישובים, זה נלקח שווה 6 שעות, בהתאמה, כוח הסוללה צריך לעלות על הצריכה הממוצעת פי 4.
• בחר מתח פאנל. ככלל, היצרנים מציעים סוללות עם מתח מוצא של 12V.עם זאת, על מנת להטעין התקני אחסון ולהגביר את היעילות של המרת מתח ישר למתח חילופין על המהפך (במיוחד בהספק גבוה), משתלם יותר לקבל ערכים גבוהים יותר.
  שימוש רגיל:
  • 12 V למערכות עד 1 קילוואט.
  • 24 וולט או 36 וולט - עד 5 קילוואט.
  • 48 V - יותר מ-5 קילוואט.

מתחים כאלה מתקבלים על ידי חיבור לוחות בסדרה.

• שיא ההספק נקבע על ידי סיכום ההספק של כל הצרכנים בבית.
• שיא ההספק נקבע במרווח של 10-20%, למשל, לזרמי התנעה של מנועים חשמליים והפעלת גופי החימום של מערכת המים החמים, כביסה ומדיח כלים וכו'.
• שיא הספק קובע את הזרם המרבי של הפאנלים.
• ספרי העיון מוצאים את מקדם הבידוד (בקיץ ובחורף) לאזור.

לחישובים נוספים, השתמש בנוסחה:

P = Kc * Wn * Ki, תוך התחשבות

• Кс - מקדם עונתי, עבור שעון הקיץ הוא נלקח שווה ל 0.5, עבור החורף - 0.7;
• Ki הוא מקדם הבידוד עבור שעון קיץ וחורף;
• Wn הוא ההספק המדורג של הפאנל.

לאחר בחירת מספר דגמי סוללות בקטלוגים של היצרנים, עבור כל אחד מהם מחושב כוח הייצור בחורף ובקיץ.

לאחר מכן, המספר הנדרש של לוחות נקבע על ידי חלוקת צריכת החשמל הממוצעת שחושבה לעיל (עם מרווח) בהספק הייצור. חישובים מבוצעים לתקופות החורף והקיץ, וכתוצאה מכך הם מקבלים ערך גדול יותר.

לאחר חישובים בדוק:

התקנת פאנלים סולאריים

אין דרישות מחמירות להתקנת פאנלים סולאריים. ניתן להרכיב את קולט השמש בזווית, על משטח אנכי או אופקי. במקביל, לוחות קשיחים (מונו ופולי-גבישיים) מותקנים על מסגרת קשיחה, קבועה בנקודות ההתקשרות באמצעות מחברים שלמים. סוללות על גב אלסטי מאפשרות הנחה על משטחים לא אחידים (למשל, גג גלי).

החיבורים בין הלוחות מתבצעים עם מוליכים תקועים עם אביזרי קצה. חתך הרוחב של אלמנטים נושאי זרם מחושב מהערך של הזרם המדורג והמקסימלי.

בבחירת מיקום וזווית התקנה יש לקחת בחשבון את התנאי העיקרי ליצירת מקסימום - שכיחות אור השמש בניצב למישור הסוללה.

ניתן להשיג זאת:

בנוסף, לפנלים חד-גבישים, קריטי להקפיד על היעדר הצללה – באור מפוזר יעילותם יורדת באופן דרמטי.

נשאל לעתים קרובות

סקירת וידאו עם חישובים לפאנלים סולאריים