Hogyan működnek a napelemek

A napelem kialakítása és működési elve attól függ, hogy milyen anyagokból és milyen technológiával készül. Ezért meg kell értenie a fő lehetőségek jellemzőit, hogy megértse, mi a különbség, és válassza ki a megfelelő megoldást a használatra. Minden adat a jó minőségű termékekre vonatkozik, előfordulhat, hogy az olcsó akkumulátorok nem felelnek meg a megadott paramétereknek, mivel gyakran a technológia megsértésével gyártják őket.

Szabványos merev napelemsoros kialakítás.

Terminológia

Az ezen a területen használt főbb kifejezések:

1. A napenergia olyan villamos energia, amelyet a napból nyernek panelek használatakor.
2. Napsugárzás - megmutatja, hogy mennyi napfény esik a sugarakra merőleges felület négyzetméterére.
3. A fotovoltaikus cellák olyan modulok, amelyek képesek a napfényt elektromos energiává alakítani. Általában 1-2 watt energiát termelnek, de vannak termelékenyebb lehetőségek is.
4. A fotovoltaikus rendszer olyan berendezés, amely a napfényt elektromos árammá alakítja.
5. A napelemek vagy panelek fotovoltaikus cellák csoportja, amelyek egy nagy modulba vannak csoportosítva, és sorosan vagy sorosan párhuzamosan kapcsolódnak egymáshoz. Általában egy akkumulátor 36-40 szegmenst tartalmaz.
6. A tömb napelemek sorozata, amelyek csatlakoztatva vannak a kívánt áramerősség biztosításához.
7. Keretmodulok - alumínium keretben lévő szerkezetek, tartósak és tömítettek.
8. A keret nélküli elemek rugalmas opciók, kisebb terhelés mellett használhatók.
9. A kilowattóra (kW) az elektromos teljesítmény szabványos mérése.
10. Hatékonyság (hatékonyság) - napelemek. Megmutatja, hogy a felszínt érő napenergia mennyi energiává alakul át. Általában a mutató 15-24%.
11. A degradáció a napelemek kapacitásának természetes okok miatti csökkenése. Ezt az eredeti mutatók százalékában mérik.
12. A csúcsterhelések azok az időszakok, amikor a legnagyobb mennyiségű villamos energiára van szükség.
13. A kristályos szilícium a napelemek gyártásának alapanyaga. A mai legelterjedtebb és legtartósabb lehetőség.
14. Az amorf szilícium egy készítmény, amely párolgás útján rakódik le a felületre, és védőkompozícióval van bevonva.
15. A félvezetők olyan anyagok, amelyek bizonyos körülmények között áramot tudnak vezetni. Ez magában foglalja a napelemek gyártásához használt új anyagok nagy részét.
16. Az inverter egy olyan eszköz, amely az egyenáramot váltakozó árammá alakítja.
17. Vezérlő - szabályozza a napelem modulok kimeneti feszültségét az akkumulátorok megfelelő töltéséhez.

Az insoláció térképe Oroszország területén.

Ezek csak a leggyakoribb kifejezések, vannak további lehetőségek is. De még az alapok ismerete is segít sokkal jobban megérteni a témát.

Minőségi kategóriák

A napelemek minőségének értékeléséhez mindenekelőtt meg kell találni a fotovoltaikus cellák gyártásához használt alapanyagok osztályát. Ettől függ a késztermékek hatékonysága és élettartama. 4 fő osztály:

1. A fokozat - a legjobb megoldás, amelyben nincsenek sérülések és repedések. A kitöltés egyenletessége és a felület simasága magas teljesítményt garantál, amely gyakran még a dokumentációban feltüntetettnél is magasabb. Ezenkívül ez az opció a legalacsonyabb lebomlási rátával rendelkezik, és hosszú ideig megőrzi jó teljesítményét.
2. B fokozat valamivel rosszabb minőségű, felületi hibák lehetnek. Ugyanakkor a felhasználás leggyakrabban az A osztályhoz hasonló hatékonyságú termékek előállítását teszi lehetővé. A leromlási mutatók egy nagyságrenddel rosszabbak, ezért gyorsabban veszítik el eredeti tulajdonságaikat.
3. C fokozat - egy lehetőség, amelyben meglehetősen súlyos hibák lehetnek - a repedésektől a forgácsokig és egyéb sérülésekig. Áron az ilyen modulok sokkal olcsóbbak, de hatékonyságuk nem haladja meg a 15%-ot. Olcsó megoldás, amely alkalmas kis terhelésekre.
4. D fokozat - lényegében ez a fotovoltaikus cellák gyártása után visszamaradt hulladék, amelyet nem szabad akkumulátorok gyártására használni. De sok nem túl becsületes gyártó, különösen Ázsiából, használja őket a gyártás során. Ennek az opciónak a teljesítménye rendkívül alacsony.

Jobb az első lehetőséget választani, szélsőséges esetekben a második is megfelelő.Csak ezek képesek normális hatékonyságot biztosítani és hosszú ideig szolgálni.

A napelemek védőfóliájának is jó minőségűnek kell lennie.

Az EVA lamináló anyag egy speciális fólia, amely az elülső oldalon található, és a rossz oldalon is használható. A fő cél a munkaelemek védelme a káros hatásoktól anélkül, hogy a napfényt zavarná. A jó minőségű opciók körülbelül 25 évig tartanak, a gyengébbek - 5-től 10-ig. A fajtát nem lehet szemmel meghatározni, így könnyebb az árból kiindulni - jó opciók esetén nem lesz alacsony.

A videóban például világosan megértik, hogyan keletkezik elektromos áram a napfény hatására.

Működés elve

Elég nehéz elmagyarázni a napelem jellemzőit, de megértheti az általános szempontokat:

1. Amikor a napfény eléri a fotocellákat, ott kezdődik meg a nem egyensúlyi elektron-lyuk párok kialakulása.
2. Az elektronok feleslege miatt elkezdenek mozogni a félvezető alsó rétegébe.
3. A külső áramkörre feszültség van kapcsolva. A p-réteg érintkezésénél egy pozitív pólus, az n-réteg érintkezésénél pedig egy negatív pólus jelenik meg.
4. Ha egy akkumulátort csatlakoztatunk a fotocellákhoz, akkor ördögi kör jön létre, és folyamatosan mozgó elektronok biztosítják az akkumulátor fokozatos feltöltését.
5. A hagyományos szilícium modulok egyetlen csatlakozású cellák, amelyek csak a napfény bizonyos spektrumából képesek áramot termelni. Emiatt alacsony a berendezés hatásfoka.
6. A probléma megoldására a gyártók kaszkád opciókat fejlesztettek ki, energiát vehetnek fel a napsugárzás spektrumának különböző sugaraiból.Ez növeli a hatékonyságot, de a magas előállítási költségek miatt az ilyen panelek ára sokkal magasabb.
7. Az elektromossággá át nem alakuló energia hővé alakul, így a napelemek működés közben 55 fokra, a félvezető akkumulátorok pedig 180 fokra melegszenek fel. Sőt, ahogy a napelem felmelegszik, a napelem hatásfoka is csökken.

A napelem legegyszerűbb sémája.

Apropó! A napelemek a leghatékonyabbak a tiszta téli napokon, amikor elegendő fény van és az alacsony hőmérséklet hűti a felületet.

Miből készültek

A napelem eszközének tanulmányozásához meg kell értenie a főbb fajtákat, mivel a gyártási technológia jelentős különbségeket mutat a felhasznált nyersanyagoktól függően:

1. Elemek CdTe. A kadmium-telluridot filmmodulok gyártásához használják. Egy több száz mikrométeres réteg elegendő ahhoz, hogy 11%-os vagy valamivel magasabb hatásfokot kapjunk. Ez őszintén alacsony szám, de 1 watt teljesítményt tekintve az áram költsége legalább 30%-kal olcsóbb, mint a hagyományos szilícium opcióknál. Annak ellenére, hogy ez a fajta sokkal vékonyabb és könnyebb.
2. CIGS típus. A rövidítés azt jelenti, hogy a készítmény rezet, indiumot, galliumot és szelént tartalmaz. Kiderült, hogy egy félvezető, amelyet szintén egy kis rétegben alkalmaznak, de az első lehetőségtől eltérően a hatékonyság itt egy nagyságrenddel magasabb, és eléri a 15% -ot.
3. GaAs és InP típusok megkülönbözteti az 5-6 mikronos vékony réteg felvitelének lehetőségét, miközben a hatékonyság körülbelül 20%. Ez egy új szó az elektromos áram napfényből történő kinyerésére szolgáló technológiákban.A magas üzemi hőmérséklet miatt az akkumulátorok teljesítményvesztés nélkül felforrósodhatnak. De mivel a gyártás során ritkaföldfém anyagokat használnak, ennek a típusnak a költsége magas.
4. Quantum Dot akkumulátorok (QDSC). A hagyományos ömlesztett anyagok helyett kvantumpontokat használnak elnyelő anyagként a napenergia átalakításához. A sávszélesség-hangolás sajátosságaiból adódóan lehetőség nyílik a napenergiát hatékonyabban elnyelő, több csomópontból álló modulok készítésére.
5. Amorf szilícium párologtatással alkalmazzák és heterogén szerkezetű. Nem nagy hatásfokú, de a homogén felület még a szórt fényt is nagyon jól elnyeli.
6. Polikristályos változatai szilícium megolvasztásával és bizonyos körülmények között történő hűtésével készülnek, hogy egyirányú kristályokat állítsanak elő. Az egyik legelterjedtebb megoldás az alacsony előállítási költség és a jó hatékonysági mutatók miatt.
7. Monokristályos Az elemek vékony lemezekre vágott, foszforral adalékolt szilárd kristályokból állnak. A legtartósabb megoldás alacsony lebomlási rátával és legalább 30 éves, de leggyakrabban 10-15 évvel hosszabb élettartammal.

A kadmium-telluridból készült akkumulátorok az egyik legjövedelmezőbbek a villamos energia kilowattra vetített költségét tekintve.

Apropó! Egyik vagy másik lehetőség hatékonysága a gyártási technológiától függ, ezért azt tisztázni kell.

Olvassa el is

A napelemek típusai és telepítési módjai

 

A napelemek előnyei és hátrányai

Mindegyik típusnak megvannak a sajátosságai, amelyeket figyelembe kell venni a választás során, hogy eldöntsük, melyik típus a legmegfelelőbb:

1. A monokristályos panelek a legnagyobb hatásfokkal rendelkeznek, és ennek köszönhetően a modulok elhelyezésére szolgáló terület megtakarítható. Legalább 25 évig bírják, és lassan elveszítik erejüket. Ugyanakkor a felület nagyon érzékeny a szennyeződésekre, ezért gyakran kell mosni. Az ár pedig a legmagasabb az összes szilícium alapú opció közül.
2. A polikristályos opciók nem nyelték el olyan hatékonyan a napsugarakat, de jobban működnek szórt fényben. Ár-minőség arányban jövedelmezőbbek, de az alacsonyabb hatásfok miatt több helyet foglalnak.
3. Az amorf szilícium akkumulátorok bárhol elhelyezhetők, így az épületek falán is, mivel jól elnyelik a szórt fényt. Alacsony hatásfokkal, alacsony árral rendelkeznek, így gazdaságos opcióként használhatók. Ugyanakkor hosszú ideig szolgálnak, és nem félnek annyira a felületi szennyeződéstől.
4. A ritkaföldfém opcióknak hasonló előnyei és hátrányai vannak, így együtt is mérlegelheti őket. Hatékonyság szempontjából felülmúlják a klasszikus paneleket, a fóliára is felvihetők, ami kényelmes. Nagyobb a hőmérséklet-tartományuk, így a fűtés nem befolyásolja a munka hatékonyságát. De a fémek magas ára és ritkasága miatt az ilyen lehetőségeket nem használják széles körben.

A falra szerelhető opció leegyszerűsíti a szerelési munkát.

Hol használják

Az összes megfontolt lehetőség beszerelhető a magánszektorba annak érdekében, hogy áramot kapjon a naptól, és energiaforrásokat takarítson meg, vagy akár teljes autonómiát érjen el. Ami a használatát illeti, figyelembe kell vennie néhány egyszerű ajánlást:

1. A monokristályos és polikristályos opciókat a legjobban a tetőn vagy a talajon kell elhelyezni, miután a keretet a kívánt szögben megépítette.Kívánatos, hogy a dőlésszög szabályozott legyen, hogy alkalmazkodni tudjon a naphoz.
2. A filmmodulok bárhol elhelyezhetők, falra és falra egyaránt háztetők. Akkor is jól működnek, ha a sugarak nem derékszögben érik a felületet, ami nagyon fontos.
3. Ipari méretekben a filmakkumulátorokat is előnyben részesítik, mivel olcsóbbak és könnyebben beépíthetők.

A fólia opciók könnyebben telepíthetők nagy mennyiségű munkával.

A napelemeknek többféle változata létezik, de a piac mintegy 90%-át a hagyományos szilícium modellek foglalják el alacsony áruk és jó teljesítményük miatt. Választhat a félvezető megoldások közül, de akkor másfél-kétszer több pénzt kell költenie.