Účinnost solárních panelů různých typů a způsoby, jak ji zvýšit. Solární baterie pro soukromý dům a byt

Rekordmanem v účinnosti mezi solárními bateriemi dostupnými na dnešním trhu jsou solární baterie založené na vícevrstvých fotočláncích, vyvinuté Fraunhofer Institute of Solar Energy Systems v Německu. Od roku 2005 jejich komerční implementaci provádí Soitec.

Velikost samotných fotobuněk nepřesahuje 4 milimetry a zaostření slunečního záření na ně je dosaženo použitím pomocných koncentračních čoček, díky nimž se nasycené sluneční světlo přeměňuje na elektřinu s účinností dosahující 47 %.

Baterie obsahuje čtyři p-n přechody, takže čtyři různé části fotobuňky mohou efektivně přijímat a převádět záření o specifické vlnové délce, ze slunečního světla, koncentrovaného 297,3krát, v rozsahu vlnových délek od infračerveného po ultrafialové.

Výzkumníci pod vedením Franka Dimirotha si původně dali za úkol vypěstovat vícevrstvý krystal a našlo se řešení – spojili růstové substráty a výsledkem byl krystal s různými polovodičovými vrstvami se čtyřmi fotovoltaickými subčlánky.

Vícevrstvé fotobuňky se již dlouho používají na kosmických lodích, ale nyní byly solární stanice založené na nich spuštěny v 18 zemích. To je možné díky vylepšené a levnější technologii. V důsledku toho poroste počet zemí vybavených novými solárními stanicemi a na trhu průmyslových solárních panelů existuje tendence ke konkurenci.

Na druhém místě jsou solární baterie na bázi třívrstvých fotočlánků Sharp, jejichž účinnost dosáhla 44,4 %. Indium gallium fosfid je první vrstvou solárního článku, arsenid gallia je druhou a arsenid indium gallium je třetí vrstvou. Tyto tři vrstvy jsou odděleny dielektrikem, které slouží k dosažení tunelového efektu.

Koncentrace světla na fotočlánku je dosažena díky Fresnelově čočce, jako u německých vývojářů - světlo slunce je koncentrováno 302krát a převáděno třívrstvým polovodičovým fotočlánkem.

Vědecký výzkum vývoje této technologie provádí Sharp nepřetržitě od roku 2003 za podpory NEDO, japonské organizace veřejné správy podporující vědecký výzkum a vývoj, jakož i šíření průmyslových, energetických a environmentálních technologií. Do roku 2013 dosáhl Sharp rekordu 44,4 %.

Dva roky před Sharpem, v roce 2011, americká společnost Solar Junction již vydala podobné baterie, ale s účinností 43,5 %, jejichž prvky měly velikost 5 x 5 mm a ostření bylo rovněž prováděno čočkami, koncentračními světlo slunce 400krát. Solární články byly články na bázi germania se třemi spoji a tým dokonce plánoval vytvořit solární články s pěti a šesti spoji, aby lépe zachytily spektrum. Výzkum společnosti stále pokračuje.

Nejvyšší rekordní účinnost tak mají solární panely vyrobené v kombinaci s koncentrátory, které, jak vidíme, se vyrábějí v Evropě, Asii a Americe. Tyto baterie se ale vyrábějí hlavně pro stavbu velkých pozemních solárních elektráren a pro efektivní napájení kosmických lodí.

Nedávno byl vytvořen rekord na poli běžných spotřebitelských solárních panelů, které jsou cenově dostupné pro většinu lidí, kteří si je chtějí instalovat například na střechu domu.

V polovině podzimu 2015 představila společnost Elona Muska SolarCity nejúčinnější spotřebitelské solární panely, jejichž účinnost přesahuje 22 %.

Tento ukazatel byl potvrzen měřením provedeným laboratoří Renewable Energy Test Center. Továrna v Buffalu si již stanovila denní cíl výroby 9 až 10 tisíc solárních panelů, jejichž přesné charakteristiky zatím nebyly zveřejněny. Společnost již plánuje zásobovat svými bateriemi nejméně 200 000 domácností ročně.

Faktem je, že optimalizovaný technologický proces umožnil společnosti výrazně snížit výrobní náklady a zároveň zvýšit účinnost 2krát ve srovnání s rozšířenými spotřebitelskými silikonovými solárními panely. Musk je přesvědčen, že jeho solární panely budou v blízké budoucnosti mezi majiteli domů nejoblíbenější.

Solární baterie jsou unikátním měničem energie světelných paprsků na elektřinu s neomezeným externím zdrojem. Neustále rostoucí poptávka po těchto produktech je dána dostupností a šetrností k životnímu prostředí dodávek energie bez spotřeby chladiva a také ekonomickou návratností za 2 roky při minimální životnosti panelů 25 let.

Základem jsou polovodiče nebo filmové polymery, deska z vrstev různých polarit převádí světlo na směrový pohyb elektronů - tento fyzikální jev je u všech solárních článků neměnný. Tato konstrukce zároveň omezuje účinnost fotokonvertorů, část fotonové energie se nevyhnutelně ztrácí při průchodu hranicí pn přechodu. V praxi účinnost baterií ovlivňuje mnoho faktorů: materiál, plocha, umístění, intenzita světelného toku, která je zohledněna při nákupu a provozu.

Závislost účinnosti na typu fotokonvertorů

Tento indikátor je definován jako procento vyrobené elektrické energie k výkonu dopadajícího slunečního světla. Hodnota je ovlivněna čistotou desky a její strukturou: filmová, poly- nebo monokrystalická. Posledně jmenované typy patří k nejdražším a nejdéle se zaplatí; cenově dostupné vysoce účinné solární panely pro domácnost se zatím vyrábějí pouze z vrstev křemíku různé polarity. Méně účinné jsou panely z terruridu kadmia a CIGS, vyráběné na bázi filmové technologie. Účinnost kadmiových baterií je pouze 11%, ale jsou levné a v provozu docela spolehlivé. Indikátor je mírně vyšší u filmů potažených částicemi galia, mědi, india a selenu. Fotočlánky CIGS mají účinnost 15 %.

Pro srovnání: účinnost monokrystalických křemíkových konvertorů je 25% a pro tenkovrstvé nebo amorfní submoduly vyrobené ze stejného materiálu - maximálně 10 zařízení na bázi organických polymerů má minimální hodnotu 5%. Hodně závisí na ploše panelu, jednotlivé solární články jsou omezené při výrobě elektřiny.

Účinnost malých solárních panelů neumožňuje jejich využití pro plné napájení, ale pro provoz některých typů elektroniky stačí. V každém případě je zvýšení účinnosti zařízení a minimalizace jejich nákladů prioritním úkolem moderní energetiky.

Faktory ovlivňující účinnost solárních panelů

Účinnost závisí nejen na použitém materiálu a technologii, ale také na celé řadě vnějších podmínek:

1. Intenzita světelného toku. Tento indikátor je zase spojen s geografickými souřadnicemi umístěné baterie, zejména se zeměpisnou šířkou.

2. Úhel sklonu konstrukce. V ideálním případě by měly být instalovány solární panely, které jej mění na základě gradientu paprsků. Takový systém je dražší, ale umožňuje akumulovat působivé množství elektřiny (až 40–60 %) a je méně závislý na ročním období a denní době.

3. Okolní teploty. Zahřívání má špatný vliv na fotoelektrický efekt, ventilované baterie mají velmi vysokou účinnost. Paradoxně v chladném jasném počasí produkují více energie než v horkém počasí (i když celkový kumulativní efekt je snížen kvůli krátkému dennímu světlu).

4. Roční období. V praxi se účinnost solárních panelů v zimě snižuje 2–8krát, ale není to způsobeno sněhem: na tmavém povrchu rychle taje, navíc fotokonvertory dobře vnímají rozptýlené světlo.

5. Prašnost. Čím čistší je vnější část solárních článků, tím více fotonů se přemění, proto se pro zvýšení účinnosti doporučuje otřít pracovní plochy alespoň jednou za dva roky.

6. Stíny. Není žádným tajemstvím, že účinnost solárních panelů při zatažené obloze nemá smysl instalovat v zamlžených a deštivých oblastech; Panely není vhodné instalovat do stínu vzrostlých stromů nebo sousedních domů při výběru umístění je upřednostněna jižní strana.

Nejúčinnější solární panely pro domácnost dnes nejsou něčím super neobvyklým nebo novým, ale jednoduše vynikajícím alternativním zdrojem energie. Čím více zařízení tohoto typu se ale na trhu objevuje, tím častěji se lidé sami sebe ptají: jaké by si měli vybrat? Který solární panel má nejvyšší účinnost? Ale pro každého zní tento koncept jinak, protože se vyznačuje řadou individuálních potřeb, a o tom si povíme dále.

Pro začátek by hlavní otázkou nemělo být „Jaké jsou nejúčinnější solární panely?“, ale „ Kde je optimální kombinace ceny a kvality?Řekněme, že na střeše vašeho domu nebo firmy je volné místo, na které můžete umístit asi tucet solárních panelů, a vy sami stojíte před volbou: koupit zařízení s první třídou energetické účinnosti, tedy „A, nebo dát přednost levnějším, ale méně účinným panelům třídy „B“? Odpověď vás možná překvapí, ale ve většině případů bude vhodnější druhá možnost. Zjednodušeně řečeno, naším hlavním úkolem je nyní určit, který solární zdroj energie je v dané situaci nejvýhodnější použít.

Modely energeticky nejúčinnějších solárních panelů

• Ostrý. Ukazatel efektivity u modelů této společnosti je 44,4 %. Výrobce Sharp je považován za absolutního světového lídra ve výrobě solárních panelů. Tato zařízení jsou poměrně složitá, solární moduly jsou zde třívrstvé, výrobci strávili několik let vývojem technologie pro jejich vytvoření, za tu dobu provedli spoustu výzkumů a testování vlastních produktů. Existují i ​​jiné, zjednodušené modely. Technologie použitá k vytvoření některých panelů Sharp jim poskytuje účinnost 37,9 %, což je také významné. Cena zařízení je nižší díky tomu, že nevyužívají technická zařízení ke koncentraci slunečního záření na modul.
• Panely ze Španělského výzkumného institutu (IES). Jejich provozní účinnost je 32,6 %. Takové moderní solární panely s vysokou účinností jsou zařízení s dvouvrstvými moduly, cena takového zdroje energie je ve srovnání s předchozím výrobcem nízká, ale pro běžné obytné budovy je stále příliš drahá a svým způsobem nesmyslná.

Ve skutečnosti by se dalo v tomto výčtu pokračovat ještě dlouho, s přihlédnutím ke stále levnějším modelům s klesající účinností. Vše ale zůstává standardní: vysoká účinnost - odpovídající cena, nízká účinnost - je levná. Stává se, že nabízejí docela jednoduché modely za přemrštěné ceny, toho si všimnete při výběru, ale vraťme se k našemu tématu.

Slavné společnosti vyrábějící solární moduly

Panuje názor, že studiu fungování solárních panelů se dnes věnuje stále méně času a do popředí se dostává studium určitých fotočlánků, které jsou hlavními součástmi každé alternativní baterie. Ale o to jde: nikdo nebude mít zájem o panely se slabými solárními moduly, na které většina kupujících věnuje pozornost jako první. Na dlouhodobě zavedeném trhu se stejnými moduly se již objevili lídři a stojí za to je také zmínit.

1. Jako jedni z prvních si vzpomeneme na zařízení s účinností 36 %, vyrábí je firma Amonix, jejíž produkty jsou dostupné téměř v každém obchodě se zbožím tohoto druhu. Pro domácí účely se takové moduly od Amonix obvykle nepoužívají, protože se vyrábějí pomocí speciálních koncentračních zařízení.
2. Nelze ignorovat solární moduly s energetickou účinností 21,5%, vyrábí je známá americká značka Sluneční energie, která je na trhu již poměrně dlouho. Do jisté míry se tomuto podniku podařilo vytvořit jakýsi rekord v efektivitě. Například model Sun Power SPR-327NE-WHT-D byl po testování v terénu uznán jako nejlepší. Navíc další dvě pozice v žebříčku toho nejlepšího obsadily také produkty této společnosti.
3. Vzpomeňme na tenkovrstvé moduly s účinností 17,4 % – produkt od Q-Cells. Zařízení této německé společnosti v určitém okamžiku přestala být populární a žádaná, Q-Cells zkrachovala, ale poté ji koupila korejská společnost Hanwha a dnes moduly značky opět nabírají na síle z hlediska prodejů.
4. Posouváme se dále, tedy k solárním modulům s nižší účinností. 16,1 % nám dávají zařízení od První solární jsou vyráběny na základě speciální přeměny kadmium-telur. Zařízení tohoto typu nejsou instalována v obytných budovách, ale to nijak neovlivňuje obrat společnosti, který je velmi široký. First Solar je populárnější na americkém trhu: samotná společnost pochází z USA. Moduly této značky se používají v mnoha průmyslových odvětvích, takže společnost má vynikající obrat a získala univerzální uznání, protože vytváří skutečně spolehlivý produkt.
5. Posledním příkladem zde budou solární moduly s účinností 15,5 % od firmy tzv MiaSole. Zařízení této značky jsou uznávána jako nejlepší mezi flexibilními moduly. Ano, zařízení tohoto typu jsou někdy jednoduše nezbytná pro instalaci v určitých strukturách.

Až budete shánět výkonné solární panely pro váš domov nebo velkou výrobní dílnu, zaměřte se nejen na poměr cena/kvalita, ale také na značku. Výrobcům, kteří se osvědčili jako nejlepší, by se v tak vážných věcech mělo věřit. Pokud nejste odborníkem na montáž a instalaci solárních panelů, pak bez ohledu na to, jak pečlivě přistupujete k výběru, je nemožné zkoumat každý model z hlediska pevnosti, odolnosti, hospodárnosti a dalších parametrů, takže je lepší věřit názvu.

K dnešnímu dni bylo také provedeno mnoho experimentů, jejich výsledky vám rozhodně mohou pomoci. Při shánění solárních panelů se zaměřte také na vlastní potřeby a platební schopnost – instalovat na obytnou budovu zařízení vyvinuté pro NASA nemá smysl.

Moderní výzkumníci, kteří pracují na solárních systémech, mezi sebou neustále debatují o účinnosti solárních panelů. Jedná se o jedno z hlavních kritérií, na jehož základě se posuzuje jejich účinnost a úroveň produktivity. Protože náklady na přeměnu solární energie na elektřinu pro panely zůstávají vysoké, výrobci se obávají, jak je zefektivnit.

Je známo, že na 1 m² plochy článku se vytvoří asi 20 % celkové energie slunečního záření, které dopadá na baterii. V tomto případě mluvíme o nejpříznivějších klimatických a povětrnostních podmínkách, které se ne vždy vyskytují. Proto, abyste zvýšili sazbu, musíte nainstalovat spoustu solárních panelů. To není vždy výhodné a cena je docela cent. Proto musíte pochopit, jak je možné tyto alternativní zdroje energie využívat a jaké jsou vyhlídky do budoucna.

Účinnost baterie je tedy množství potenciálu, který skutečně produkuje, vyjádřené v procentech. Pro její výpočet je nutné vydělit výkon elektrické energie výkonem sluneční energie dopadající na povrch solárních panelů.

Nyní se toto číslo pohybuje od 12 do 25 %. I když v praxi, s přihlédnutím k počasí a klimatickým podmínkám, nestoupá nad 15. Důvodem jsou materiály, ze kterých jsou solární baterie vyrobeny. Křemík, který je hlavní „surovinou“ pro jejich výrobu, nemá schopnost absorbovat UV spektrum a může pracovat pouze s infračerveným zářením. Bohužel díky tomuto nedostatku plýtváme energií UV spektra a nevyužíváme ji blahodárně.

Vztah mezi efektivitou a materiály a technologiemi

Jak fungují solární panely? Na základě vlastností polovodičů. Světlo, které na ně dopadá, svými částicemi vyrazí elektrony umístěné na vnější dráze atomů. Velké množství elektronů vytváří potenciál elektrického proudu - za podmínek uzavřeného obvodu.

Aby byl zajištěn normální indikátor napájení, jeden modul nebude stačit. Čím více panelů, tím efektivnější je provoz radiátorů, které dodávají elektřinu do baterií, kde se bude hromadit. Je to z tohoto důvodu Účinnost solárních panelů závisí také na počtu instalovaných modulů . Čím více jich je, tím více sluneční energie absorbují a jejich ukazatel výkonu se stává řádově vyšším.

Je možné zlepšit účinnost baterie? Takové pokusy dělali jejich tvůrci a nejednou. Východiskem do budoucna může být výroba prvků skládajících se z více materiálů a jejich vrstev. Materiály jsou uspořádány tak, že moduly mohou absorbovat různé druhy energie.

Pokud například jedna látka pracuje s UV spektrem a druhá s infračerveným, účinnost solárních článků se výrazně zvyšuje. Pokud uvažujeme v teoretické rovině, tak nejvyšší účinnost by mohla být cca 90 %.

Také typ křemíku má velký vliv na účinnost jakéhokoli solárního systému. Jeho atomy lze získat několika způsoby a všechny panely jsou na základě toho rozděleny do tří odrůd:

• polykrystaly;
• prvky z .

Solární baterie se vyrábí z monokrystalů, jejichž účinnost je asi 20 %. Jsou drahé, protože mají nejvyšší účinnost. Polykrystaly jsou mnohem levnější, protože v tomto případě kvalita jejich práce přímo závisí na čistotě křemíku použitého při jejich výrobě.

Základem pro výrobu tenkých vrstev se staly prvky na bázi amorfního křemíku. Technologie jejich výroby je mnohem jednodušší, náklady jsou nižší, ale účinnost je také nižší - ne více než 6%. Rychle se opotřebovávají. Pro zlepšení jejich životnosti se do nich proto přidává selen, gallium a indium.

Jak zajistit, aby váš solární panel fungoval co nejefektivněji

Výkon každého solárního systému závisí na:

• ukazatele teploty;
• úhel dopadu slunečních paprsků;
• stav povrchu (měl by být vždy čistý);
• povětrnostní podmínky;
• přítomnost nebo nepřítomnost stínu.

Optimální úhel dopadu slunečních paprsků na panel je 90°, tedy rovný. Existují již solární systémy vybavené unikátními zařízeními. Umožňují vám sledovat polohu svítidla v prostoru. Když se změní poloha Slunce vůči Zemi, změní se i úhel sklonu sluneční soustavy.

Neustálé zahřívání prvků také nemá nejlepší vliv na jejich výkon. Při přeměně energie dochází k vážným ztrátám. Proto Vždy byste měli ponechat malý prostor mezi solárním systémem a povrchem, na kterém je namontován . Proudy vzduchu jím procházející poslouží jako přirozený způsob chlazení.

Čistota solárních panelů - také důležitý faktor ovlivňující jejich účinnost. Pokud jsou velmi znečištěné, shromažďují méně světla, což znamená, že se snižuje jejich účinnost.

Velkou roli hraje také správná instalace. Při instalaci systému nedovolte, aby na něj dopadal stín. Nejlepší stranou, na kterou se doporučuje je instalovat, je jih.

Když přejdeme k povětrnostním podmínkám, můžeme zároveň odpovědět na oblíbenou otázku, zda solární panely fungují při zatažené obloze. Jejich práce samozřejmě pokračuje, protože elektromagnetické záření vycházející ze Slunce dopadá na Zemi v každém ročním období. Výkon panelů (účinnost) bude samozřejmě výrazně nižší, zejména v regionech s velkým množstvím deštivých a zamračených dnů v roce. Jinými slovy, budou vyrábět elektřinu, ale v mnohem menším množství než v regionech se slunečným a horkým klimatem.

Něco málo o bateriích šampiónů účinnosti

Německé baterie jsou v současnosti považovány za rekordmany v účinnosti solárních systémů. Byly vytvořeny v Institutu solární energie pojmenovaném po. Fraunhofer. Jsou založeny na fotočláncích skládajících se z několika vrstev. Společnost "Soytek" od roku 2005 je aktivně zavádí do široké spotřeby.

Samotné prvky nemají tloušťku větší než 4 mm a sluneční světlo je zaostřeno na jejich povrch pomocí speciálních čoček. Díky nim se částice světla přeměňují na elektřinu a účinnost je celých 47 %.

Druhé místo zaslouženě obsadily panely vytvořené pomocí fotobuněk ze tří vrstev firmy "Ostrý". I to jsou solární panely s vysokou účinností, i když o něco méně – 44 %.

Tyto tři vrstvy jsou zastoupeny třemi látkami: fosfidem india (gallia), arsenidem galia a arsenidem india (gallia). Mezi nimi je dielektrická vrstva použitá k získání tunelového efektu. Pokud jde o zaostření světla, je dosaženo použitím známé Fresnelovy čočky. Koncentrace světla je dosažena na úrovni 302 krát a poté vstupuje do třívrstvého polovodičového měniče.

Samozřejmě, že takový záznam účinnosti může být jen stěží přístupný širokému okruhu spotřebitelů. Mimochodem, majitelem firmy je Elon Musk, slavný americký miliardář "Solární město". Není to tak dávno, v roce 2015, Muskova společnost vyvinula „spotřebitelskou“ verzi solárních panelů s účinností přesahující 22 %.

Vývoj a četné laboratorní experimenty se provádějí dodnes. Můžete si být jisti, že takové technologie mají velkou budoucnost – jako ekologický alternativní zdroj energie.