Tipus de plaques solars: una revisió comparativa dels dissenys i consells per triar plaques

L'energia alternativa s'està desenvolupant al màxim a Europa, mostrant la seva promesa amb resultats.Apareixen nous tipus de plaques solars i la seva eficiència augmenta.

Si voleu assegurar el funcionament d'un edifici industrial o d'un local residencial amb energia solar, primer heu de conèixer les diferències entre els equips i comprendre quines plaques solars són adequades per a les condicions climàtiques d'una regió determinada.

T'ajudarem a resoldre aquest problema. L'article analitza el principi de funcionament dels convertidors fotoelèctrics i ofereix una visió general dels diferents tipus de cèl·lules solars indicant les seves característiques, avantatges i desavantatges. Després de familiaritzar-se amb el material, podreu prendre la decisió correcta per organitzar un sistema solar eficaç.

El principi de funcionament de les plaques solars

La gran majoria de plaques solars són, en el sentit físic, convertidors fotovoltaics. L'efecte de generació elèctrica es produeix al lloc de la unió p-n del semiconductor.

Són les hòsties de silici les que constitueixen la base del cost dels panells solars, però quan les utilitzeu com a font d'electricitat durant les 24 hores del dia, haureu de comprar, a més, bateries cares.

El panell consta de dues hòsties de silici amb propietats diferents. Sota la influència de la llum, un d'ells desenvolupa una manca d'electrons, i l'altre - un excés d'ells.Cada placa té tires conductores de coure que estan connectades a convertidors de tensió.

Un panell solar industrial està format per múltiples cèl·lules fotovoltaiques laminades unides entre si i muntades sobre un substrat flexible o rígid.

L'eficiència de l'equip depèn en gran mesura de la puresa del silici i de l'orientació dels seus cristalls. Són aquests paràmetres que els enginyers han intentat millorar durant les últimes dècades. El principal problema d'això és l'alt cost dels processos subjacents a la purificació del silici i la disposició dels cristalls en una direcció al llarg del panell.

Cada any, la màxima eficiència de diversos panells solars canvia a l'alça, perquè s'inverteixen milers de milions de dòlars en investigació de nous materials fotovoltaics (+)

Els semiconductors dels convertidors fotoelèctrics es poden fer no només de silici, sinó també d'altres materials: principi de funcionament de la bateria no canvia.

Tipus de convertidors fotoelèctrics

Els panells solars industrials es classifiquen segons les seves característiques de disseny i el tipus de capa fotovoltaica de treball.

Hi ha aquests tipus de bateries segons el tipus de dispositiu:

• panells flexibles;
• mòduls rígids.

Els panells flexibles de pel·lícula prima estan ocupant gradualment un nínxol cada cop més gran al mercat a causa de la seva versatilitat de muntatge, ja que es poden instal·lar a la majoria de superfícies amb una varietat de formes arquitectòniques.

Les característiques reals de les plaques solars solen ser inferiors a les indicades a les instruccions. Per tant, abans d'instal·lar-los a casa, és recomanable veure un projecte acabat semblant.

Segons el tipus de capa fotovoltaica de treball, les bateries solars es divideixen en els següents tipus:

1. Silici: monocristal·lí, policristalí, amorf.
2. Tel·luri-cadmi.
3. A base de selenur d'indi-coure-gal·li.
4. Polímer.
5. Orgànica.
6. A base d'arsenur de gal·li.
7. Combinat i multicapa.

No tots els tipus de plaques solars són d'interès per al consumidor general, sinó només els dos primers subtipus cristal·lins.

Encara que alguns altres tipus de panells tenen una alta eficiència, no s'utilitzen àmpliament a causa del seu alt cost.

Les cèl·lules fotovoltaiques de silici són bastant sensibles a la calor. La temperatura base per mesurar la generació d'energia és de 25 °C. Quan augmenta un grau, l'eficiència dels panells disminueix en un 0,45-0,5%.

A continuació, es tractaran amb detall les plaques solars que són de major interès per al consumidor.

Característiques dels panells a base de silici

El silici per a cèl·lules solars està fet de pols de quars - cristalls de quars mòlts. Els dipòsits més rics de matèries primeres es troben a Sibèria occidental i als Urals mitjans, de manera que les perspectives d'aquesta àrea d'energia solar són gairebé il·limitades.

Encara ara, els panells de silici cristal·lí i amorf ja ocupen més del 80% del mercat. Per tant, val la pena considerar-los amb més detall.

Panells de silici monocristal·lí

Les hòsties de silici monocristal·lí modernes (mono-Si) tenen un color blau fosc uniforme a tota la superfície. Per a la seva producció s'utilitza el silici més pur. Les cèl·lules solars monocristal·lines tenen el preu més alt entre totes les hòsties de silici, però també proporcionen la millor eficiència.

Els grans panells solars monocristal·lins amb mecanismes rotatius encaixen perfectament en paisatges desèrtics. Hi ha condicions per a la màxima productivitat

L'elevat cost de producció es deu a la dificultat d'orientar tots els cristalls de silici en la mateixa direcció. A causa d'aquestes propietats físiques de la capa de treball, només s'assegura la màxima eficiència quan els raigs solars són perpendiculars a la superfície de la placa.

Les bateries monocristal·lines requereixen un equip addicional que les faci girar automàticament durant el dia perquè el pla dels panells sigui el més perpendicular possible als raigs solars.

Les capes de silici amb cristalls d'una sola cara es tallen d'un bloc cilíndric de metall, de manera que els blocs fotovoltaics acabats semblen un quadrat arrodonit a les cantonades.

Els avantatges de les bateries de silici monocristal·lí inclouen:

1. Alta eficiència amb un valor del 17-25%.
2. Compactetat - menor àrea d'equip per unitat de potència en comparació amb els panells de silici policristalí.
3. Durabilitat — Es garanteix una eficiència suficient de la generació d'electricitat fins a 25 anys.

Només hi ha dos desavantatges d'aquestes bateries:

1. Preu alt i la recuperació a llarg termini.
2. Sensibilitat a la contaminació. La pols dispersa la llum, de manera que l'eficiència dels panells solars recoberts amb ella disminueix dràsticament.

A causa de la necessitat de la llum solar directa, monocristal·lí instal·lant plaques solars principalment en zones obertes o en altures. Com més a prop estigui la zona de l'equador i com més dies assolellats tingui, més preferible és instal·lar aquest tipus d'elements fotovoltaics concrets.

Cèl·lules solars policristalines

Els panells de silici policristalí (multi-Si) tenen un color blau que és desigual en intensitat a causa de l'orientació diversificada dels cristalls. La puresa del silici utilitzat en la seva producció és lleugerament inferior a la dels anàlegs monocristal·lins.

Els cristalls multidireccionals proporcionen una alta eficiència en la llum difusa - 12-18%.És més baix que en els cristalls unidireccionals, però en condicions de temps ennuvolat aquests panells són més efectius.

L'heterogeneïtat del material també comporta una reducció del cost de producció de silici. El metall purificat per a plaques solars policristalines s'aboca en motlles sense cap truc especial.

En la producció, s'utilitzen tècniques especials per formar cristalls, però la seva direccionalitat no està controlada. Després del refredament, el silici es talla en capes i es processa segons un algorisme especial.

Els panells policristalins no requereixen una orientació constant cap al sol, de manera que els sostres de les cases i els edificis industrials s'utilitzen activament per a la seva col·locació.

Durant el dia, amb núvols lleugers, els avantatges dels panells solars de silici amorf no es notaran; els seus avantatges es revelen només sota núvols densos o a l'ombra (+)

Els avantatges de les cèl·lules solars amb cristalls multidireccionals inclouen:

1. Alta eficiència en condicions de llum difusa.
2. Possibilitat d'instal·lació permanent a les teulades dels edificis.
3. Menor cost en comparació amb els panells monocristal·lins.
4. Durada de l'operació — la caiguda de l'eficiència després de 20 anys de funcionament és només del 15-20%.

Els panells policristalins també tenen desavantatges:

1. Eficiència reduïda amb un valor del 12-18%.
2. Volumitat relativa — Es requereix més espai d'instal·lació per unitat de potència en comparació amb els anàlegs monocristal·lins.

Els panells solars policristalins estan guanyant una quota de mercat creixent entre altres bateries de silici. Això està garantit per àmplies oportunitats potencials per reduir el cost de la seva producció.L'eficiència d'aquests panells també augmenta cada any, apropant-se ràpidament al 20% per als productes de producció en massa.

Plaques solars de silici amorf

El mecanisme per produir plaques solars a partir de silici amorf és fonamentalment diferent de la producció de cèl·lules fotovoltaiques cristal·lines. Aquí no s'utilitza un no metall pur, sinó el seu hidrur, els vapors calents del qual es dipositen sobre el substrat.

Com a resultat d'aquesta tecnologia, no es formen cristalls clàssics i els costos de producció es redueixen dràsticament.

Les cèl·lules solars de silici amorf dipositades es poden muntar en un substrat de polímer flexible o en una làmina de vidre rígida.

De moment, ja hi ha tres generacions de panells de silici amorf, cadascun dels quals augmenta significativament l'eficiència. Si els primers mòduls fotovoltaics tenien una eficiència del 4-5%, ara els models de segona generació amb una eficiència del 8-9% es venen àmpliament al mercat.

Els últims panells amorfs tenen una eficiència de fins a un 12% i ja comencen a sortir a la venda, però encara són força cars.

A causa de les característiques d'aquesta tecnologia de producció, és possible crear una capa de silici tant sobre un substrat rígid com flexible. Per això, els mòduls de silici amorf s'utilitzen activament en mòduls solars flexibles de pel·lícula prima. Però les opcions amb un suport elàstic són molt més cares.

L'estructura fisicoquímica del silici amorf permet la màxima absorció de fotons de llum dispersa feble per generar electricitat. Per tant, aquests panells són convenients per utilitzar-los a les regions del nord amb grans àrees lliures.

L'eficiència de les bateries basades en silici amorf no disminueix fins i tot a altes temperatures, tot i que són inferiors en aquest paràmetre als panells d'arsenur de gal·li.

Amb el mateix cost d'equip, els panells solars d'hidrur de silici mostren un rendiment més gran que els seus homòlegs mono i policristal·lins (+)

En resum, podem assenyalar els següents avantatges dels panells solars amorfs:

1. Versatilitat — la capacitat de fabricar panells flexibles i prims, muntant bateries en qualsevol forma arquitectònica.
2. Alta eficiència en llum difusa.
3. Treball estable a altes temperatures.
4. Simplicitat i fiabilitat del disseny. Aquests panells pràcticament no es trenquen.
5. Mantenir el rendiment en condicions difícils — Menys descens de rendiment quan la superfície està polsosa que amb anàlegs cristal·lins

La vida útil d'aquestes cèl·lules fotovoltaiques, a partir de la segona generació, és de 20-25 anys amb una caiguda de potència del 15-20%. Els únics desavantatges dels panells de silici amorf inclouen la necessitat de zones més grans per acomodar equips de la potència requerida.

Visió general dels dispositius sense silici

Alguns panells solars, fets amb metalls rars i cars, tenen una eficiència de més del 30%. Són diverses vegades més cars que els seus homòlegs de silici, però encara ocupen un nínxol comercial d'alta tecnologia a causa de les seves característiques especials.

Panells solars metàl·lics rars

Hi ha diversos tipus de panells solars de metalls rars, i no tots són més eficients que els mòduls de silici monocristal·lí.

Tanmateix, la capacitat d'operar en condicions extremes permet als fabricants d'aquests panells solars produir productes competitius i realitzar més investigacions.

Els panells de telurur de cadmi s'utilitzen activament per revestir edificis als països equatorials i àrabs, on la seva superfície s'escalfa fins a 70-80 graus durant el dia.

Els principals aliatges utilitzats per a la fabricació de cèl·lules fotovoltaiques són el telurur de cadmi (CdTe), el seleniur de gal·li coure indi (CIGS) i el seleniur d'indi de coure (CIS).

El cadmi és un metall tòxic i l'indi, el gal·li i el tel·luri són bastant rars i cars, de manera que la producció massiva de panells solars basats en ells és fins i tot teòricament impossible.

L'eficiència d'aquests panells és del 25-35%, encara que en casos excepcionals pot arribar fins al 40%. Anteriorment, s'utilitzaven principalment a la indústria espacial, però ara ha sorgit una nova direcció prometedora.

A causa del funcionament estable de les fotocèl·lules fetes de metalls rars a temperatures de 130-150 °C, s'utilitzen en centrals solars tèrmiques. En aquest cas, els raigs solars de desenes o centenars de miralls es concentren en un petit panell, que al mateix temps genera electricitat i assegura la transferència d'energia tèrmica a un intercanviador de calor d'aigua.

Com a conseqüència de l'escalfament de l'aigua, es forma vapor, que fa que la turbina giri i generi electricitat. D'aquesta manera, l'energia solar es converteix en energia elèctrica simultàniament de dues maneres amb la màxima eficiència.

Polímers i anàlegs orgànics

Els mòduls fotovoltaics basats en compostos orgànics i polímers es van començar a desenvolupar només en l'última dècada, però els investigadors ja han fet progressos importants.L'empresa europea mostra el major progrés Heliatek, que ja ha equipat diversos edificis de gran alçada amb plaques solars orgàniques.

El gruix de la seva estructura de pel·lícula en rotllo és HeliaFilm és de només 1 mm.

En la producció de panells de polímers, s'utilitzen substàncies com ara fulerens de carboni, ftalocianina de coure, polifenilè i altres. L'eficiència d'aquestes cèl·lules fotovoltaiques ja arriba al 14-15% i el cost de producció és diverses vegades inferior al dels panells solars cristal·lins.

El problema del temps de degradació de la capa de treball orgànica és agut. Fins ara, no és possible confirmar de manera fiable el nivell de la seva eficiència després de diversos anys de funcionament.

Els avantatges dels panells solars orgànics són:

• possibilitat d'eliminació ambientalment segura;
• baix cost de producció;
• disseny flexible.

Els desavantatges d'aquestes cèl·lules fotovoltaiques inclouen una eficiència relativament baixa i la manca d'informació fiable sobre els períodes de funcionament estable dels panells. És possible que d'aquí a 5-10 anys desapareguin tots els inconvenients de les cèl·lules solars orgàniques i es converteixin en seriosos competidors de les hòsties de silici.

Quin panell solar triar?

L'elecció de plaques solars per a cases de camp a una latitud de 45-60 ° no és difícil. Només hi ha dues opcions que val la pena considerar aquí: panells de silici policristalí i monocristal·lí.

Si hi ha escassetat d'espai, és millor donar preferència a models més eficients amb orientació de cristall unilateral; si hi ha una àrea il·limitada, es recomana comprar bateries policristal·lines.

No hauríeu de confiar en les previsions de les empreses analítiques per al desenvolupament del mercat de panells solars, perquè els millors exemples d'ells potser encara no s'han inventat.

És millor triar un fabricant específic, la potència necessària i l'equip addicional amb la participació dels directius d'empreses implicades en la venda i instal·lació d'aquests equips. Heu de saber que la qualitat i el preu dels mòduls fotovoltaics dels grans fabricants difereixen poc.

Cal tenir en compte que en demanar un conjunt d'equips clau en mà, el cost de les plaques solars serà només del 30-40% de l'import total. El període d'amortització d'aquests projectes és de 5 a 10 anys i depèn del nivell de consum d'energia i de la possibilitat de vendre l'excés d'electricitat a la xarxa de la ciutat.

Alguns artesans prefereixen muntar plaques solars amb les seves pròpies mans. Al nostre lloc web hi ha articles amb una descripció detallada de la tecnologia de fabricació d'aquests panells, la seva connexió i la disposició dels sistemes de calefacció solar.

Us recomanem que llegiu:

1. Com fer una bateria solar amb les vostres pròpies mans: instruccions per a l'automuntatge
2. Sistemes de calefacció solar: anàlisi de tecnologies de calefacció basades en sistemes solars
3. Esquema de connexió de plaques solars: al controlador, a la bateria i sistemes de manteniment

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Els vídeos presentats mostren el funcionament de diferents plaques solars en condicions reals. També us ajudaran a entendre els problemes relacionats amb l'elecció d'equips relacionats.

Normes per triar plaques solars i equips relacionats:

Tipus de plaques solars:

Prova de panells monocristal·lins i policristalins:

Per a la població i les petites instal·lacions industrials, actualment no hi ha una alternativa real als panells de silici cristal·lí.Però el ritme de desenvolupament de nous tipus de plaques solars ens permet esperar que l'energia solar es converteixi aviat en la principal font d'electricitat a moltes cases de camp.

Convidem a tots els interessats en el tema de l'elecció i l'ús de plaques solars a deixar comentaris, fer preguntes i participar en debats. El formulari de contacte es troba al bloc inferior.