סוגי פאנלים סולאריים: סקירה השוואתית של עיצובים וטיפים לבחירת פאנלים

אנרגיה אלטרנטיבית מתפתחת למקסימום באירופה, מראה את הבטחתה עם תוצאות.סוגים חדשים של פאנלים סולאריים מופיעים ויעילותם עולה.

אם ברצונכם להבטיח תפעול של בניין תעשייתי או מתחם מגורים באמצעות אנרגיה סולארית, עליכם ללמוד תחילה על ההבדלים בין הציוד ולהבין אילו פאנלים סולאריים מתאימים לתנאי האקלים של אזור מסוים.

אנו נעזור לך לפתור את הבעיה. המאמר דן בעקרון הפעולה של ממירים פוטו-אלקטריים ומספק סקירה של סוגים שונים של תאים סולאריים המציינים את המאפיינים, היתרונות והחסרונות שלהם. לאחר היכרות עם החומר, תוכלו לעשות את הבחירה הנכונה לסידור מערכת סולארית יעילה.

עקרון הפעולה של פאנלים סולאריים

הרוב המכריע של הפאנלים הסולאריים הם, במובן הפיזי, ממירים פוטו-וולטאיים. השפעת ייצור החשמל מתרחשת באתר של צומת המוליך למחצה p-n.

פרוסות סיליקון מהוות את הבסיס לעלות הפאנלים הסולאריים, אך כאשר משתמשים בהם כמקור חשמל מסביב לשעון, תצטרכו לקנות בנוסף סוללות יקרות

הפאנל מורכב משני פרוסות סיליקון בעלות תכונות שונות. בהשפעת האור, אחד מהם מפתח חוסר באלקטרונים, והשני - עודף מהם.לכל צלחת יש פסי מוליכים נחושת המחוברים לממירי מתח.

פאנל סולארי תעשייתי מורכב ממספר תאים פוטו-וולטאיים למינציה המחוברים יחדיו ומורכבים על מצע גמיש או קשיח.

יעילות הציוד תלויה במידה רבה בטוהר הסיליקון ובכיוון הגבישים שלו. את הפרמטרים האלה ניסו מהנדסים לשפר בעשורים האחרונים. הבעיה העיקרית בכך היא העלות הגבוהה של התהליכים העומדים בבסיס טיהור הסיליקון וסידור הגבישים בכיוון אחד לאורך הפאנל.

מדי שנה, היעילות המקסימלית של פאנלים סולאריים שונים משתנה כלפי מעלה, כי מיליארדי דולרים מושקעים במחקר של חומרים פוטו-וולטאיים חדשים (+)

מוליכים למחצה של ממירים פוטואלקטריים יכולים להיעשות לא רק מסיליקון, אלא גם מחומרים אחרים - עקרון פעולת הסוללה זה לא משתנה.

סוגי ממירים פוטו-אלקטריים

פאנלים סולאריים תעשייתיים מסווגים לפי תכונות העיצוב שלהם וסוג השכבה הפוטו-וולטאית העובדת.

ישנם סוגי סוללות אלה בהתאם לסוג המכשיר:

• לוחות גמישים;
• מודולים קשיחים.

לוחות גמישים עם סרט דק תופסים בהדרגה נישה גדולה יותר ויותר בשוק בשל הרבגוניות המורכבת שלהם, מכיוון שניתן להתקין אותם על רוב המשטחים עם מגוון צורות ארכיטקטוניות.

המאפיינים בפועל של פאנלים סולאריים בדרך כלל נמוכים מאלה המצוינים בהוראות. לכן, לפני התקנתם בבית, רצוי לראות פרויקט דומה שהושלם בעצמכם.

בהתבסס על סוג השכבה הפוטו-וולטאית העובדת, סוללות סולאריות מחולקות לסוגים הבאים:

1. סיליקון: חד גבישי, רב גבישי, אמורפי.
2. טלוריום-קדמיום.
3. מבוסס על אינדיום-נחושת-גליום סלניד.
4. פּוֹלִימֵר.
5. אורגני.
6. מבוסס על גליום ארסניד.
7. משולב ורב שכבתי.

לא כל סוגי הפאנלים הסולאריים מעניינים את הצרכן הכללי, אלא רק שני תת-הסוגים הגבישיים הראשונים.

למרות שסוגים אחרים של לוחות הם בעלי יעילות גבוהה, הם אינם נמצאים בשימוש נרחב בשל העלות הגבוהה שלהם.

תאים פוטו-וולטאיים סיליקון רגישים למדי לחום. טמפרטורת הבסיס למדידת ייצור החשמל היא 25 מעלות צלזיוס. כאשר הוא עולה במעלה אחת, יעילות הפאנלים יורדת ב-0.45-0.5%.

לאחר מכן, יידונו בהרחבה פאנלים סולאריים שהם בעלי העניין הצרכני הגדול ביותר.

מאפיינים של לוחות על בסיס סיליקון

סיליקון לתאים סולאריים עשוי מאבקת קוורץ – גבישי קוורץ טחונים. המרבצים העשירים ביותר של חומרי גלם נמצאים במערב סיביר ובאזור אוראל התיכון, כך שהסיכויים לאזור זה של אנרגיה סולארית הם כמעט בלתי מוגבלים.

אפילו עכשיו, לוחות סיליקון גבישיים ואמורפיים כבר תופסים יותר מ-80% מהשוק. לכן, כדאי לשקול אותם ביתר פירוט.

לוחות סיליקון מונו-גבישיים

פרוסות סיליקון חד-גבישיות מודרניות (מונו-Si) הן בעלות צבע כחול כהה אחיד על פני השטח כולו. הסיליקון הטהור ביותר משמש לייצור שלהם. לתאים סולאריים חד-גבישיים יש את המחיר הגבוה ביותר מבין כל פרוסות הסיליקון, אך גם מספקים את היעילות הטובה ביותר.

פאנלים סולאריים חד-גבישיים גדולים עם מנגנונים מסתובבים מתאימים בצורה מושלמת לנופי מדבר. יש תנאים לתפוקה מקסימלית

עלות הייצור הגבוהה נובעת מהקושי לכוון את כל גבישי הסיליקון לאותו כיוון. בשל תכונות פיזיקליות אלו של שכבת העבודה, יעילות מקסימלית מובטחת רק כאשר קרני השמש מאונכות לפני השטח של הצלחת.

סוללות חד-גבישיות דורשות ציוד נוסף המסובב אותן אוטומטית במהלך היום, כך שמישור הפאנלים יהיה כמה שיותר מאונך לקרני השמש.

שכבות של סיליקון עם גבישים חד-צדדיים נחתכות מגוש מתכת גלילי, כך שהבלוקים הפוטו-וולטאיים המוגמרים נראים כמו ריבוע מעוגל בפינות.

היתרונות של סוללות סיליקון חד-גבישיות כוללים:

1. יעילות גבוהה עם ערך של 17-25%.
2. צְפִיפוּת - שטח ציוד קטן יותר ליחידת הספק בהשוואה ללוחות סיליקון פוליבריסטליים.
3. עֲמִידוּת - מובטחת יעילות מספקת של ייצור חשמל למשך עד 25 שנים.

יש רק שני חסרונות לסוללות כאלה:

1. מחיר גבוה והחזר לטווח ארוך.
2. רגישות לזיהום. אבק מפזר אור, ולכן היעילות של פאנלים סולאריים המצופים בו יורדת בחדות.

בשל הצורך באור שמש ישיר, חד גבישי התקנת פאנלים סולאריים בעיקר בשטחים פתוחים או בגובה. ככל שהאזור קרוב יותר לקו המשווה וככל שיש בו יותר ימי שמש, כך עדיף להתקין את הסוג הספציפי הזה של אלמנטים פוטו-וולטאיים.

תאים סולאריים רב גבישיים

לוחות סיליקון פולי-גבישיים (מולטי-Si) בעלי צבע כחול שאינו אחיד בעוצמתו בשל הכיוון המגוונת של הגבישים. טוהר הסיליקון המשמש בייצור שלהם נמוך במקצת מזה של אנלוגים חד-גבישיים.

גבישים רב-כיווניים מספקים יעילות גבוהה באור מפוזר - 12-18%.זה נמוך יותר מאשר בגבישים חד-כיווניים, אבל בתנאי מזג אוויר מעונן לוחות כאלה יעילים יותר.

ההטרוגניות של החומר מובילה גם להפחתה בעלות ייצור הסיליקון. המתכת המטוהרת לפאנלים סולאריים רב-גבישיים נוצקת לתבניות ללא שום טריקים מיוחדים.

בייצור משתמשים בטכניקות מיוחדות ליצירת גבישים, אך הכיווניות שלהם אינה נשלטת. לאחר הקירור חותכים את הסיליקון לשכבות ומעובדים לפי אלגוריתם מיוחד.

לוחות פוליבריסטליים אינם דורשים כיוון קבוע לכיוון השמש, ולכן גגות הבתים והמבנים התעשייתיים משמשים באופן פעיל להצבתם.

במהלך היום, עם עננים קלים, היתרונות של פאנלים סולאריים מסיליקון אמורפי לא יורגשו; היתרונות שלהם מתגלים רק תחת עננים צפופים או בצל (+)

היתרונות של תאים סולאריים עם גבישים רב-כיווניים כוללים:

1. יעילות גבוהה בתנאי אור מפוזר.
2. אפשרות להתקנה קבועה על גגות בניינים.
3. עלות נמוכה יותר בהשוואה לפנלים חד-גבישיים.
4. משך הפעולה — הירידה ביעילות לאחר 20 שנות פעילות היא רק 15-20%.

לפנלים פולי-גבישיים יש גם חסרונות:

1. יעילות מופחתת עם ערך של 12-18%.
2. נפחיות יחסית - נדרש יותר שטח התקנה ליחידת הספק בהשוואה לאנלוגים חד-גבישיים.

פאנלים סולאריים פוליבריסטליים צוברים נתח שוק הולך וגדל בין סוללות סיליקון אחרות. זה מובטח על ידי הזדמנויות פוטנציאליות רחבות להפחתת עלות הייצור שלהם.היעילות של לוחות כאלה גם עולה מדי שנה, ומתקרבת במהירות ל-20% עבור מוצרים בייצור המוני.

פאנלים סולאריים מסיליקון אמורפי

המנגנון לייצור פאנלים סולאריים מסיליקון אמורפי שונה מהותית מייצור תאים פוטו-וולטאיים גבישיים. כאן לא משתמשים באי-מתכת טהורה, אלא בהידריד שלה, שהאדים החמים שלה מופקדים על המצע.

כתוצאה מטכנולוגיה זו, גבישים קלאסיים אינם נוצרים, ועלויות הייצור מופחתות בחדות.

ניתן להרכיב תאים סולריים סיליקון אמורפי מושקע על מצע פולימרי גמיש או על יריעת זכוכית קשיחה

נכון לעכשיו, ישנם כבר שלושה דורות של לוחות סיליקון אמורפי, שכל אחד מהם מגדיל משמעותית את היעילות. אם למודולים הפוטו-וולטאיים הראשונים הייתה יעילות של 4-5%, כעת נמכרים בשוק דגמי דור שני עם יעילות של 8-9%.

לפנלים האמורפיים האחרונים יש יעילות של עד 12% והם כבר מתחילים להופיע במבצע, אבל הם עדיין די יקרים.

בשל המאפיינים של טכנולוגיית ייצור זו, ניתן ליצור שכבת סיליקון על מצע קשיח וגמיש כאחד. בשל כך, נעשה שימוש פעיל במודולי סיליקון אמורפי במודולים סולאריים גמישים עם סרט דק. אבל אפשרויות עם גב אלסטי הן הרבה יותר יקרות.

המבנה הפיזיקלי-כימי של הסיליקון האמורפי מאפשר ספיגה מרבית של פוטונים של אור מפוזר חלש ליצירת חשמל. לכן, לוחות כאלה נוחים לשימוש באזורים צפוניים עם שטחים חופשיים גדולים.

היעילות של סוללות המבוססות על סיליקון אמורפי אינה יורדת אפילו בטמפרטורות גבוהות, אם כי הן נחותות בפרמטר זה מלוחות גליום ארסניד.

באותה עלות ציוד, פאנלים סולאריים מסיליקון הידריד מציגים ביצועים טובים יותר מאשר עמיתיהם החד-גבישיים (+)

לסיכום, אנו יכולים להצביע על היתרונות הבאים של פאנלים סולאריים אמורפיים:

1. רבגוניות - היכולת לייצר לוחות גמישים ודקים, הרכבת סוללות על כל צורה ארכיטקטונית.
2. יעילות גבוהה באור מפוזר.
3. עבודה יציבה בטמפרטורות גבוהות.
4. פשטות ואמינות עיצוב. לוחות כאלה כמעט אינם נשברים.
5. שמירה על ביצועים בתנאים קשים - פחות ירידה בביצועים כאשר פני השטח מאובקים מאשר עם אנלוגים גבישיים

חיי השירות של תאים פוטו-וולטאיים כאלה, החל מהדור השני, הם 20-25 שנים עם ירידת חשמל של 15-20%. החסרונות היחידים של לוחות סיליקון אמורפיים כוללים את הצורך בשטחים גדולים יותר כדי להכיל ציוד בעוצמה הנדרשת.

סקירה כללית של מכשירים ללא סיליקון

לחלק מהפאנלים הסולאריים, המיוצרים באמצעות מתכות נדירות ויקרות, יש יעילות של יותר מ-30%. הם יקרים פי כמה ממקביליהם מסיליקון, אך עדיין תופסים נישת מסחר בהייטק בשל המאפיינים המיוחדים שלהם.

פאנלים סולאריים ממתכת נדירים

ישנם מספר סוגים של פאנלים סולאריים מתכת נדירים, ולא כולם יעילים יותר ממודולי סיליקון חד גבישי.

עם זאת, היכולת לפעול בתנאים קיצוניים מאפשרת ליצרנים של פאנלים סולאריים כאלה לייצר מוצרים תחרותיים ולערוך מחקר נוסף.

לוחות קדמיום טלוריד משמשים באופן פעיל לחיפוי מבנים במדינות המשווניות ובמדינות ערב, שם פני השטח שלהם מתחממים עד 70-80 מעלות במהלך היום

הסגסוגות העיקריות המשמשות לייצור תאים פוטו-וולטאיים הן קדמיום טלוריד (CdTe), אינדיום נחושת גליום סלניד (CIGS) ואינדיום סלניד נחושת (CIS).

קדמיום הוא מתכת רעילה, ואינדיום, גליום וטלוריום הם די נדירים ויקרים, כך שייצור המוני של פאנלים סולאריים המבוססים עליהם הוא אפילו בלתי אפשרי תיאורטית.

היעילות של פאנלים כאלה היא ברמה של 25-35%, אם כי במקרים חריגים היא יכולה להגיע עד 40%. בעבר, הם שימשו בעיקר בתעשיית החלל, אך כעת נוצר כיוון מבטיח חדש.

בשל פעולתם היציבה של תאי פוטו העשויים ממתכות נדירות בטמפרטורות של 130-150 מעלות צלזיוס, הם משמשים בתחנות כוח תרמיות סולאריות. במקרה זה, קרני השמש מעשרות או מאות מראות מתרכזות על לוח קטן, המייצר בו זמנית חשמל ומבטיח העברת אנרגיה תרמית למחליף חום מים.

כתוצאה מחימום המים נוצר אדים שגורמים לסיבוב הטורבינה ולייצר חשמל. באופן זה, אנרגיה סולארית מומרת לאנרגיה חשמלית בו זמנית בשתי דרכים ביעילות מרבית.

אנלוגים פולימרים ואורגניים

מודולים פוטו-וולטאיים המבוססים על תרכובות אורגניות ופולימריות החלו להתפתח רק בעשור האחרון, אך החוקרים כבר עשו התקדמות משמעותית.החברה האירופית מפגינה את ההתקדמות הגדולה ביותר הליאטק, שכבר ציידה כמה בניינים רבי קומות בפאנלים סולאריים אורגניים.

עובי מבנה סרט הגליל שלו הוא HeliaFilm הוא רק 1 מ"מ.

בייצור לוחות פולימרים משתמשים בחומרים כמו פולרנים פחמן, פתלוציאנין נחושת, פוליפנילן ואחרים. היעילות של תאים פוטו-וולטאיים כאלה כבר מגיעה ל-14-15%, ועלות הייצור נמוכה פי כמה מאשר פאנלים סולאריים גבישיים.

סוגיית זמן הפירוק של שכבת העבודה האורגנית היא חריפה. עד כה, לא ניתן לאשר באופן אמין את רמת היעילות שלו לאחר מספר שנות פעילות.

היתרונות של פאנלים סולאריים אורגניים הם:

• אפשרות לסילוק בטוח לסביבה;
• עלות ייצור נמוכה;
• עיצוב גמיש.

החסרונות של תאים פוטו-וולטאיים כאלה כוללים יעילות נמוכה יחסית והיעדר מידע אמין לגבי תקופות הפעולה היציבה של הפאנלים. ייתכן שבעוד 5-10 שנים ייעלמו כל החסרונות של תאים סולאריים אורגניים, והם יהפכו למתחרים רציניים על פרוסות סיליקון.

איזה פאנל סולארי לבחור?

הבחירה של פאנלים סולאריים לבתים כפריים בקו רוחב של 45-60 מעלות אינה קשה. יש רק שתי אפשרויות שכדאי לשקול כאן: לוחות סיליקון רב גבישיים ומונו-גבישיים.

אם יש מחסור במקום, עדיף לתת עדיפות לדגמים יעילים יותר עם כיוון גביש חד צדדי, אם יש שטח בלתי מוגבל, מומלץ לרכוש סוללות פוליבריסטליות.

לא כדאי להסתמך על תחזיות של חברות אנליטיות לפיתוח שוק הפאנלים הסולאריים, כי ייתכן שהדוגמאות הטובות ביותר שלהן עדיין לא הומצאו

עדיף לבחור יצרן ספציפי, את הכוח הנדרש וציוד נוסף בהשתתפות מנהלי חברות המעורבות במכירה והתקנה של ציוד כזה. אתה צריך לדעת שהאיכות והמחיר של מודולים פוטו-וולטאיים מהיצרנים הגדולים ביותר שונים מעט.

יש לקחת בחשבון כי בהזמנת סט ציוד סוהר, עלות הפאנלים הסולאריים עצמם תהיה רק ​​30-40% מהסכום הכולל. תקופת ההחזר לפרויקטים מסוג זה היא 5-10 שנים, ותלויה ברמת צריכת האנרגיה ובאפשרות למכור עודפי חשמל לרשת העירונית.

כמה אומנים מעדיפים להרכיב פאנלים סולאריים במו ידיהם. באתר האינטרנט שלנו יש מאמרים עם תיאור מפורט של טכנולוגיית הייצור של לוחות כאלה, החיבור שלהם והסדר של מערכות חימום סולארי.

אנו ממליצים לך לקרוא:

1. איך להכין סוללה סולארית במו ידיך: הוראות להרכבה עצמית
2. מערכות חימום שמש: ניתוח טכנולוגיות חימום המבוססות על מערכות סולאריות
3. תרשים חיבור לפאנלים סולאריים: לבקר, למערכות הסוללה והשירות

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

הסרטונים המוצגים מראים את פעולתם של פאנלים סולאריים שונים בתנאים אמיתיים. הם גם יעזרו לך להבין את הבעיות של בחירת ציוד קשור.

כללים לבחירת פאנלים סולאריים וציוד נלווה:

סוגי פאנלים סולאריים:

בדיקה של לוחות חד גבישיים ופולי גבישיים:

עבור האוכלוסייה ומתקני תעשייה קטנים, אין כיום חלופה אמיתית ללוחות סיליקון גבישיים.אבל קצב הפיתוח של סוגים חדשים של פאנלים סולאריים מאפשר לנו לקוות שאנרגיה סולארית תהפוך בקרוב למקור החשמל העיקרי בבתים כפריים רבים.

אנו מזמינים את כל המתעניינים בנושא הבחירה והשימוש בפאנלים סולאריים להשאיר הערות, לשאול שאלות ולהשתתף בדיונים. טופס יצירת הקשר נמצא בבלוק התחתון.