Слънчеви панели за дома: как да изберем най-добрите панели

Днес слънчевите панели са се превърнали в истински източници на алтернативно захранване за частна къща. Те са широко представени на пазара, а използването на слънчева мини-електрическа централа е доста изгодно. Тази ситуация се дължи на постоянния ръст в производството на слънчеви панели и допълнително оборудване, намаляване на цените на системните елементи и в резултат на това разходите за производство.

Принципът на работа на слънчевата батерия

Всяка слънчева батерия е фотоволтаичен преобразувател, който използва светлина за производство на електрическа енергия. Понастоящем фотоелектричният ефект в полупроводниковите материали има практическа стойност.

Ефектът се основава на появата на свободни носители на електрически заряд в нехомогенни полупроводникови структури, когато са изложени на светлинни фотони. Наблюдава се в различни полупроводници – на основата на силиций, галиев арсенид, кадмиев телурид, големи полимерни молекули.

Поради появата на свободни носители, чиято енергия не е достатъчна за преодоляване на забранената зона, между електродите на елемента се образува потенциална разлика (напрежение). Когато са свързани външни вериги, между тях възниква електрически ток.

Схема на слънчеви панели

Фотоклетките, базирани на различни полупроводници, преобразуват различни части от слънчевия спектър в електрическа енергия.Така модулите от кристален силиций улавят до 80% от радиацията с червено отместване, филмовите елементи, базирани на аморфен силиций, могат да работят и в инфрачервения диапазон, титановият диоксид абсорбира виолетови и ултравиолетови лъчи.

В някои лабораторни проби изследователите се доближиха до границата от 50%. Ако се получат същите резултати в промишленото производство, разходите за производство могат да бъдат намалени повече от половината в сравнение със сегашното ниво.

Видове слънчеви панели

Основната характеристика на класификацията на соларните модули са полупроводниковите материали, използвани при производството. Днес повече от 80% са заети от слънчеви панели на базата на силиций. Именно тези видове са получили възможно най-широко търговско използване, те се предлагат от огромното мнозинство от продавачите, работещи в индустрията.

От своя страна силиконовите слънчеви панели се разделят на:

Видове силициеви слънчеви панели

Слънчеви клетки от монокристален силиций

Монокристалните слънчеви клетки са електрически свързани клетки, направени от тънки (240 микрона) силициеви монокристални пластини. Оптичните оси са ориентирани в една и съща посока, използва се материал с висока чистота (повече от 99,99%). Това гарантира максимална ефективност на преобразуване.При теоретично възможна ефективност за силициев елемент от 30%, в серийни проби цифрата достига 18-24%.

Външно монокристалните батерии се различават лесно - имат наситен черен цвят, елементът е оформен в правилен квадрат (правоъгълник) с изрязани ъгли при рязане.

Технологията за производство на такива слънчеви клетки е рекордьор по цена сред силициевите клетки. Високата цена на производството се обяснява със сложните процеси на почистване на суровините, отглеждане на единичен кристал и точното му рязане.

В резултат на това монокристалните батерии имат най-висока цена - около 0,9-1,1 долара за 1 W мощност.

Такива елементи имат и друг сериозен недостатък - поради прецизната ориентация на оптичните оси на кристалите, оптимална възвръщаемост може да се получи само когато слънчевите лъчи падат перпендикулярно на равнината на елемента. При значителна промяна в ъгъла на осветяване, както и при разсеяна светлина, се наблюдава рязко намаляване на генерирането.

Клетки от поликристален силиций

Клетки от поликристален силиций

В поликристалните батерии клетката включва множество кристали с произволна ориентация на оптичните оси. Производството им не изисква суровини с висока степен на пречистване - могат да се използват вторични източници (по-специално рециклирани силициеви батерии), отпадъци от металургично производство.

В резултат на това производствените разходи са значително намалени. Това обаче също така намалява ефективността на преобразуване - най-добрите образци показват ефективност от 15-18%.

Външно поликристалните са правилни правоъгълни плочи с наситен син цвят. Цената на генериране на "сини" панели е около 0,7-0,9: за 1 W.В същото време те показват значително по-малко намаляване на дифузното осветление и падането на светлина под ъгли, различни от 90 градуса.

Батерии от аморфен силиций

Те са направени от аморфен (некристален) силиций a-Si чрез отлагане на пари от силициев хидрид върху гъвкав субстрат. В резултат на това се получава стабилен фотоелектричен ефект вече при дебелина на филма от няколко микрона.

Технологичният процес е значително по-евтин поради минималното количество необходими силициеви суровини, намалените изисквания към неговата чистота и липсата на сложни операции като отглеждане на кристал и рязане.

Ефективността на преобразуване е около 8-11%, цената на генерирането е в диапазона от 0,5-0,7% на 1 W. Основният недостатък на такива батерии е ниската ефективност на преобразуване, което изисква голяма площ за осигуряване на необходимата мощност. Въпреки това, това е повече от компенсирано от възможността за инсталиране на всякаква повърхност - гъвкавият субстрат не изисква дори основи и специални конструкции за монтаж.

В допълнение, съвременните полиморфни модули могат да работят в инфрачервения диапазон, което значително намалява загубите на ефективност при дифузно осветление. В резултат на това делът на аморфните елементи днес възлиза на около 10% от световния пазар.

Тънкослойни CdTe батерии

Тънкослойни CdTe батерии

Слънчевите клетки на базата на кадмиев телурид (CdTe) могат да се превърнат в реална алтернатива на силициевите клетки. Понастоящем те показват ефективност на преобразуване средно с 20% по-висока от подобен аморфен силиций на цена с 20% по-ниска.Това се постига благодарение на уникалните характеристики на полупроводника, който осигурява оптимална ширина на лентата.

Такива панели се правят чрез нанасяне на слой от полупроводников материал върху тънки филми. Технологията все още е достъпна за ограничен брой производители, но серийното производство на такива батерии вече е стартирано от американската компания First Solar.

Полимерни соларни панели

При полимерните слънчеви модули фотоелектричният ефект се осигурява от слой „полимерен полупроводник“ – големи молекули от органични съединения. Понастоящем технологията на такива продукти е близо до разгръщането на широкомащабно производство (някои европейски компании вече са установили търговско производство).

Полимерни соларни панели

Ефективността на преобразуване на такива устройства се оценява на 8-11%. Благодарение на рекордно евтиното производство, използването на гъвкави полимерни материали и липсата на проблеми с изхвърлянето, в близко бъдеще полимерните соларни модули ще могат сериозно да се конкурират с вече произведени продукти.

Производителите също така активно разработват слънчеви панели на базата на:

Изборът на слънчеви панели

При избора на соларни панели е необходимо да се определи не само вида, но и електрическите параметри – мощност и напрежение.

Тип

Изберете типа слънчев панел от условията на слънчева светлина (брой слънчеви дни, интензитет на радиация):

• Така че монокристалните силициеви батерии са доста подходящи за инсталиране в южните райони.
• В средната лента и други руски територии най-добрият вариант биха били поликристалните панели, които са се доказали добре при условия на дифузно осветление.
• В северните ширини трябва да се обърне повече внимание на аморфните модули, които позволяват създаване на значителна площ на батерията без допълнителни монтажни работи.

Категорията на качеството също изисква внимание. В маркировката на батериите този параметър е посочен като клас A, B или C. Ceteris paribus трябва да се предпочитат продукти от клас A - те ще издържат 20-30 години с малко (не повече от 20%) разграждане.

По-ниски категории за качество се присвояват на продукти въз основа на резултатите от фабрични тестове, които разкриват отклонение от номиналните параметри не повече от 5% (клас B) и 30% (клас C) по време на работа.

Мощност и напрежение

Мощността на панелите се определя, както следва:

• Изчислете средната обща консумация на енергия (според показателите на електромера, сметки за електроенергия). За средна дневна консумация месечните стойности се разделят на броя на дните.
• 20-30% се добавят към получения резултат, за да се получи резерв, като се вземе предвид коефициентът на преобразуване (загуби в заряда на батерията и работата на инвертора).
• Въз основа на получените данни се изчислява изходната мощност на панелите, като се вземе предвид продължителността на дневните часове. За изчисления се приема равно на 6 часа, съответно мощността на батерията трябва да надвишава средната консумация 4 пъти.
• Изберете напрежение на панела. По правило производителите предлагат батерии с изходно напрежение 12V.Въпреки това, за да заредите устройства за съхранение и да увеличите ефективността на преобразуване на постоянно напрежение в променливо напрежение на инвертора (особено при висока мощност), е по-изгодно да имате по-високи стойности.
  Стандартна употреба:
  • 12 V за системи до 1 kW.
  • 24 V или 36 V - до 5 kW.
  • 48 V - повече от 5 kW.

Такива напрежения се получават чрез последователно свързване на панели.

• Пиковата мощност се определя като се сумират мощностите на всички консуматори в къщата.
• Пиковата мощност се определя с марж от 10-20%, например за пусковите токове на електродвигателите и работата на нагревателните елементи на системата за топла вода, перални и съдомиялни машини и др.
• Пиковата мощност определя максималния ток на панелите.
• В справочниците се намира коефициентът на слънчева изолация (през лятото и зимата) за района.

За допълнителни изчисления използвайте формулата:

P = Kc * Wn * Ki, като се вземе предвид

• Кс – сезонен коефициент, за лятно време се приема равен на 0,5, за зимно време — 0,7;
• Ki е коефициентът на слънчева светлина за лятно и зимно време;
• Wn е номиналната мощност на панела.

След като изберете няколко модела батерии в каталозите на производителите, за всеки от тях се изчислява мощността на генериране през зимата и лятото.

След това необходимият брой панели се определя, като изчислената по-горе средна консумация на енергия (с резерв) се раздели на генерираната мощност. Изчисленията се извършват за зимния и летния период, в резултат на което те приемат по-голяма стойност.

След проверка на изчисленията:

Монтаж на соларни панели

Няма строги изисквания за инсталиране на слънчеви панели. Слънчевият колектор може да се монтира под ъгъл, на вертикална или хоризонтална повърхност. В същото време твърдите панели (моно- и поликристални) се монтират върху твърда рамка, фиксирана в точките на закрепване с помощта на пълни крепежни елементи. Батериите на еластична основа позволяват полагане върху неравни повърхности (например вълнообразен покрив).

Връзките между панелите се осъществяват с многожилни проводници с крайни фитинги. Напречното сечение на тоководещите елементи се изчислява от стойността на номиналния и максималния ток.

При избора на място и ъгъл на монтаж трябва да се вземе предвид основното условие за максимално генериране - падането на слънчева светлина перпендикулярно на равнината на батерията.

Това може да се постигне:

В допълнение, за монокристалните панели е важно да се погрижите за липсата на засенчване - при дифузна светлина ефективността им пада драстично.

Често задавани

Видео преглед с изчисления за слънчеви панели