Solární baterie s rekordní účinností. Zvýšení výkonu solárních panelů
Dnes existuje mnoho nejasností kolem konceptu účinnosti solárního systému, který je důležitým kritériem pro jejich cenu. Pojem účinnost solárních článků se týká procenta slunečního záření dopadajícího na panel, které se přeměňuje na elektřinu pro další použití. Různé materiály pro solární panely vytvářejí různé účinnosti, dokonce i stejné výrobní společnosti mají různé účinnosti konverze. Zvýšení účinnosti je nejlepší způsob, jak snížit náklady na solární energii.
Účinnost solárního článku závisí na čistotě desek, které se používají jako suroviny při výrobě. Kromě toho je velmi důležité, zda je panel monokrystalický nebo polykrystalický. Většina velkých společností soustředí své úsilí na zvýšení efektivity, aby snížily náklady na neúnavné využívání solární energie.
Podívejme se na obecný rozsah účinnosti solárních článků založených na různých typech článků a různých technologiích.
Existují následující - polykrystalický nebo monokrystalický křemík. Multisolární články mají nižší účinnost než baterie vyrobené z monokrystalických článků.
Účinnost solárních článků se může u běžného monokrystalického křemíku lišit od 12 % do 20 %. U běžně instalovaných je vypočtená účinnost 15 % a závisí na typu samotného křemíku. Někteří světoví výrobci neustále zlepšují efektivitu, aby snížili své náklady a zůstali před svými konkurenty v tomto konkurenčním odvětví. Jiné maximalizují účinnost krystalických solárních článků pomocí velkých výrobních měřítek.
Polykrystalické solární články mají nižší cenu než monokrystalické a mají účinnost v rozmezí 14-17%.
Tenkovrstvá technologie má oproti uhlíkovo-křemíkovým materiálům řadu výhod.
Technologie amorfního křemíku C-Si mají nejnižší průměrnou účinnost, ale jsou nejlevnější.
Největší potenciál pro zvýšení účinnosti mají měď-indium-gallium-sulfid (CIGS) a kadmium-tellurium (Cd-Te). Mnoho výrobců tlačí vpřed s vývojem této technologie a hlásí u svých modelů jedny z nejvyšších hodnot účinnosti, které zvyšují o 19 %. Této hodnoty dosáhli pomocí několika metod, včetně použití reflexních vrstev, které dokážou zachytit více světla z rohu.
Pokud odůvodníme závislost nikoli na materiálu, ale na celkových rozměrech, pak čím vyšší je účinnost, tím menší je požadovaná pracovní plocha baterií.
I když se průměrné procento může zdát trochu nízké, je možné snadno vyměnit zařízení, přesně při instalaci, s dostatečným výkonem pro pokrytí energetických potřeb.
Mezi faktory ovlivňující účinnost solárních panelů patří:
Orientace montážního povrchu
Střecha by měla ideálně směřovat na jih, ale kvalita provedení může často kompenzovat jiné směry.
Úhel náklonu
Nadmořská výška a sklon povrchu může ovlivnit počet hodin slunečního světla přijatého v průměrném dni po celý rok. Velké komerční systémy mají solární sledovací systémy, které automaticky mění úhel slunečního paprsku po celý den. Obvykle se nepoužívá pro obytné instalace.
Teplota
Většina panelů se během používání zahřeje. Proto je obvykle potřeba je instalovat mírně nad úroveň střechy, aby bylo zajištěno dostatečné proudění chladicího vzduchu.
Stín
V zásadě je stín nepřítelem solární energie Pokud je zvolena špatná montáž, může i malé množství stínu na jednom panelu zastavit výrobu energie všech ostatních prvků, než je systém navržen Montážní plocha se provádí za účelem identifikace možných tvarů stínu a slunečního záření po celý rok. Poté se provede další podrobná analýza, aby se ověřily dosažené závěry.
Konvenční solární panely s vysoce účinnými solárními systémy v průmyslovém měřítku jsou instalovány na hromadách 80 cm nad zemí, umístěných ve směru od východu na západ, podél pohybu slunce, pod úhlem 25 stupňů.
Alternativní energie se v Evropě rozvíjí na maximum a ukazuje svůj slib s výsledky. Objevují se nové typy solárních panelů a jejich účinnost se zvyšuje.
Pokud chcete zajistit provoz průmyslového objektu nebo obytných prostor pomocí solární energie, musíte nejprve pochopit rozdíly mezi zařízeními, protože pro různé klimatické zóny se používají různé typy solárních panelů.
Naprostá většina solárních panelů jsou ve fyzikálním smyslu fotovoltaické konvertory. K elektrickému generujícímu efektu dochází v místě polovodičového p-n přechodu.
Právě křemíkové destičky tvoří základ nákladů na solární panely, ale při jejich použití jako nepřetržitého zdroje elektřiny budete muset dokupovat drahé baterie
Panel se skládá ze dvou křemíkových plátků s různými vlastnostmi. Pod vlivem světla jeden z nich vyvine nedostatek elektronů a druhý - jejich přebytek. Každá deska má pásy měděných vodičů, které jsou připojeny k měničům napětí. Průmyslový solární panel se skládá z mnoha vrstvených fotovoltaických článků spojených dohromady a namontovaných na pružném nebo tuhém substrátu.
Účinnost zařízení závisí do značné míry na čistotě křemíku a orientaci jeho krystalů. Právě tyto parametry se inženýři v posledních desetiletích snažili vylepšit. Hlavním problémem s tím jsou vysoké náklady na procesy, které jsou základem čištění křemíku a uspořádání krystalů v jednom směru v celém panelu.
Každý rok se maximální účinnost různých solárních panelů mění směrem nahoru, protože se do výzkumu nových fotovoltaických materiálů investují miliardy dolarů.
Polovodiče pro fotovoltaické měniče mohou být vyrobeny nejen z křemíku, ale i z jiných materiálů. Princip jejich fungování se nemění.
Typy fotoelektrických měničů
Průmyslové solární panely jsou klasifikovány podle konstrukčních prvků a typu pracovní fotovoltaické vrstvy. Existují tyto typy baterií podle typu zařízení:
- flexibilní;
- tvrdý.
Flexibilní tenkovrstvé solární panely postupně zabírají stále větší mezeru na trhu díky své všestrannosti montáže, protože je lze instalovat na většinu povrchů s různými architektonickými tvary.
Skutečné vlastnosti solárních panelů jsou obvykle nižší než ty, které jsou uvedeny v návodu. Před jejich instalací doma je proto vhodné vidět podobný dokončený projekt sami.
Podle typu pracovní fotovoltaické vrstvy se solární baterie dělí na následující typy:
- Křemík:
- monokrystalický;
- polykrystalické;
- amorfní.
- Telur-kadmium.
- Na bázi selenidu india-měď-gallia.
- Polymer.
- Organické.
- Na bázi arsenidu galia.
- Kombinované a vícevrstvé.
Ne všechny typy solárních panelů jsou zajímavé pro běžného spotřebitele, ale pouze první dva krystalické podtypy. Ačkoli některé jiné typy panelů mají vysokou účinnost, nejsou široce používány kvůli jejich vysoké ceně.
Galerie obrázků
Křemíkové fotovoltaické články jsou poměrně citlivé na teplo. Základní teplota pro měření výroby elektrické energie je 25 °C. Při zvýšení o jeden stupeň se účinnost panelů sníží o 0,45-0,5%.
Charakteristika panelů na bázi křemíku
Křemík pro solární články je vyroben z křemenného prášku - mletých křemenných krystalů. Nejbohatší ložiska surovin jsou v západní Sibiři a na Středním Uralu, takže vyhlídky této oblasti sluneční energie jsou téměř neomezené. Již nyní zaujímají panely z krystalického a amorfního křemíku více než 80 % trhu. Proto stojí za to se nad nimi podrobněji zabývat.
Monokrystalické křemíkové panely
Moderní monokrystalické křemíkové destičky (mono-Si) mají jednotnou tmavě modrou barvu po celém povrchu. K jejich výrobě se používá nejčistší křemík. Monokrystalické solární články mají nejvyšší cenu ze všech křemíkových plátků, ale také poskytují nejlepší účinnost.
Velké monokrystalické solární panely s otočnými mechanismy dokonale zapadají do pouštních krajin. Jsou zde podmínky pro maximální produktivitu
Vysoké náklady na výrobu jsou způsobeny obtížností orientace všech krystalů křemíku stejným směrem. Díky těmto fyzikálním vlastnostem pracovní vrstvy je maximální účinnost zajištěna pouze tehdy, když jsou sluneční paprsky kolmé k povrchu desky.
Monokrystalické baterie vyžadují přídavné zařízení, které je během dne automaticky otáčí tak, aby rovina panelů byla co nejvíce kolmá na sluneční paprsky.
Vrstvy křemíku s jednostranně orientovanými krystaly jsou vyřezány z válcového bloku kovu, takže hotové fotovoltaické bloky vypadají jako čtverec zaoblený v rozích.
Mezi výhody monokrystalických křemíkových baterií patří:
- Vysoká účinnost s hodnotou 17-25%.
- Menší plocha zařízení na jednotku výkonu ve srovnání s panely z polykrystalického křemíku.
- Dostatečná účinnost výroby elektřiny je zajištěna až na 25 let.
Takové baterie mají pouze dvě nevýhody:
- Vysoká cena a dlouhá návratnost.
- Citlivost na znečištění. Prach světlo rozptyluje, takže účinnost jím pokrytých solárních panelů prudce klesá.
Monokrystalické solární panely se kvůli potřebě přímého slunečního záření instalují především do otevřených prostor nebo do výšek. Čím blíže je oblast k rovníku a čím více slunečných dní má, tím výhodnější je instalace tohoto konkrétního typu fotovoltaických prvků.
Polykrystalické solární články
Polykrystalické křemíkové panely (multi-Si) mají modrou barvu, jejíž intenzita je nerovnoměrná v důsledku různorodé orientace krystalů. Čistota křemíku použitého při jejich výrobě je o něco nižší než u monokrystalických analogů.
Vícesměrné krystaly poskytují vysokou účinnost v rozptýleném světle - 12-18%. Je nižší než u jednosměrných krystalů, ale za oblačného počasí jsou takové panely účinnější.
Heterogenita materiálu vede také ke snížení nákladů na výrobu křemíku. Vyčištěný kov pro polykrystalické solární panely se lije do forem bez zvláštních triků. Při výrobě se k tvorbě krystalů používají speciální techniky, ale jejich směr není řízen. Po ochlazení se křemík rozřeže na vrstvy a zpracuje podle speciálního algoritmu.
Polykrystalické panely nevyžadují stálou orientaci vůči slunci, proto se pro jejich umístění aktivně využívají střechy domů a průmyslových objektů.
Ve dne při lehké oblačnosti nebudou přednosti solárních panelů z amorfního křemíku patrné až pod hustou oblačností nebo ve stínu
Mezi výhody solárních článků s vícesměrnými krystaly patří:
- Vysoká účinnost v podmínkách rozptýleného světla.
- Možnost trvalého upevnění na střechy budov.
- Nižší cena ve srovnání s monokrystalickými panely.
- Pokles účinnosti po 20 letech provozu je pouze 15-20%.
Polykrystalické panely mají také nevýhody:
- Snížená účinnost s hodnotou 12-18%.
- Vyžaduje více instalačního prostoru na jednotku výkonu ve srovnání s monokrystalickými protějšky.
Polykrystalické solární panely získávají stále větší podíl na trhu mezi ostatními křemíkovými bateriemi. To je zajištěno širokými potenciálními možnostmi pro snížení nákladů na jejich výrobu. Účinnost takových panelů se také každým rokem zvyšuje a u sériově vyráběných produktů se rychle blíží 20 %.
Solární panely z amorfního křemíku
Mechanismus výroby solárních panelů z amorfního křemíku se zásadně liší od výroby krystalických fotovoltaických článků. Zde se nepoužívá čistý nekov, ale jeho hydrid, jehož horké páry se ukládají na substrát. Díky této technologii nevznikají klasické krystaly a výrobní náklady se výrazně snižují.
Nanesené solární články z amorfního křemíku lze namontovat buď na flexibilní polymerní substrát, nebo na pevnou skleněnou tabuli
V tuto chvíli již existují tři generace panelů z amorfního křemíku, z nichž každá výrazně zvyšuje účinnost. Jestliže první fotovoltaické moduly měly účinnost 4-5 %, nyní se na trhu hojně prodávají modely druhé generace s účinností 8-9 %. Nejnovější amorfní panely mají účinnost až 12 % a už se začínají objevovat v prodeji, ale stále jsou dost drahé.
Díky vlastnostem této výrobní technologie je možné vytvořit vrstvu křemíku jak na pevném, tak na pružném substrátu. Z tohoto důvodu se moduly amorfního křemíku aktivně používají ve flexibilních tenkovrstvých solárních modulech. Možnosti s elastickým podkladem jsou však mnohem dražší.
Fyzikálně-chemická struktura amorfního křemíku umožňuje maximální absorpci fotonů slabého rozptýleného světla pro výrobu elektřiny. Proto jsou takové panely vhodné pro použití v severních oblastech s velkými volnými plochami. Účinnost baterií na bázi amorfního křemíku neklesá ani při vysokých teplotách, i když jsou v tomto parametru horší než panely z arsenidu galia.
Při stejných nákladech na vybavení vykazují solární panely z hydridu křemíku vyšší výkon než jejich mono- a polykrystalické protějšky.
Abychom to shrnuli, můžeme poukázat na následující výhody amorfních solárních panelů:
- Možnost výroby flexibilních a tenkých panelů.
- Vysoká účinnost v rozptýleném světle.
- Instalace baterií na jakékoli architektonické formy.
- Stabilní provoz při vysokých teplotách.
- Jednoduchost a spolehlivost designu. Takové panely se prakticky nerozbijí.
- Menší pokles výkonu, když je povrch prašný, než u krystalických analogů
Životnost takových fotovoltaických článků od druhé generace je 20-25 let při poklesu výkonu 15-20%. Mezi jediné nevýhody amorfních křemíkových panelů patří potřeba větších ploch pro umístění zařízení požadovaného výkonu.
Přehled zařízení bez obsahu křemíku
Některé solární panely vyrobené za použití vzácných a drahých kovů mají účinnost více než 30 %. Jsou několikanásobně dražší než jejich křemíkové protějšky, ale stále zaujímají high-tech obchodní výklenek díky svým speciálním vlastnostem.
Solární panely ze vzácných kovů
Existuje několik typů solárních panelů ze vzácných kovů a ne všechny jsou účinnější než monokrystalické křemíkové moduly. Schopnost provozu v extrémních podmínkách však umožňuje výrobcům takových solárních panelů vyrábět konkurenceschopné produkty a provádět další výzkum.
Panely z teluridu kadmia se aktivně používají pro opláštění budov v rovníkových a arabských zemích, kde se jejich povrch během dne zahřeje na 70-80 stupňů
Hlavní slitiny používané k výrobě fotovoltaických článků jsou telurid kadmia (CdTe), selenid india a mědi gallia (CIGS) a selenid mědi india (CIS). Kadmium je toxický kov a indium, gallium a tellur jsou poměrně vzácné a drahé, takže hromadná výroba solárních panelů na jejich bázi je i teoreticky nemožná.
Účinnost takových panelů je na úrovni 25-35%, i když ve výjimečných případech může dosáhnout až 40%. Dříve se využívaly především ve vesmírném průmyslu, nyní se však objevil nový slibný směr.
Vzhledem ke stabilnímu provozu fotočlánků ze vzácných kovů při teplotách 130-150°C se používají v solárních tepelných elektrárnách. Sluneční paprsky z desítek či stovek zrcadel se v tomto případě soustředí na malý panel, který současně vyrábí elektřinu a zajišťuje přenos tepelné energie do vodního výměníku.
V důsledku ohřevu vody vzniká pára, která způsobuje otáčení turbíny a výrobu elektřiny. Tímto způsobem se sluneční energie přeměňuje na elektrickou energii současně dvěma způsoby s maximální účinností.
Polymer a organické analogy
Fotovoltaické moduly na bázi organických a polymerních sloučenin se začaly vyvíjet teprve v posledním desetiletí, ale výzkumníci již dosáhli výrazného pokroku. Největší pokrok vykazuje evropská společnost Heliatek, která již vybavila několik výškových budov organickými solárními panely. Tloušťka jeho struktury role fólie typu HeliaFilm je pouze 1 mm.
Při výrobě polymerních panelů se používají látky jako uhlíkové fullereny, ftalocyanin mědi, polyfenylen a další. Účinnost takových fotovoltaických článků již dosahuje 14-15% a výrobní náklady jsou několikanásobně nižší než u krystalických solárních panelů.
Otázka doby degradace organické pracovní vrstvy je akutní. Zatím není možné po několika letech provozu spolehlivě potvrdit úroveň jeho účinnosti.
Výhody organických solárních panelů jsou:
- možnost ekologicky bezpečné likvidace;
- nízké výrobní náklady;
- flexibilní design.
Nevýhody takových fotobuněk zahrnují relativně nízkou účinnost a nedostatek spolehlivých informací o obdobích stabilního provozu panelů. Je možné, že za 5-10 let zmizí všechny nevýhody organických solárních článků a stanou se vážnými konkurenty pro křemíkové destičky.
Jaký solární panel vybrat?
Výběr solárních panelů pro venkovské domy v zeměpisné šířce 45-60 ° není obtížný. Zde jsou pouze dvě možnosti, které stojí za zvážení: polykrystalické a monokrystalické křemíkové panely. Pokud je nedostatek místa, je lepší dát přednost efektivnějším modelům s jednostrannou krystalovou orientací, pokud je plocha neomezená, doporučuje se zakoupit polykrystalické baterie.
Při vývoji trhu se solárními panely byste se neměli spoléhat na prognózy analytických společností, protože jejich nejlepší příklady možná ještě nebyly vynalezeny
Je lepší vybrat konkrétního výrobce, požadovaný výkon a další zařízení za účasti manažerů společností zabývajících se prodejem a instalací takového zařízení. Měli byste vědět, že kvalita a cena fotovoltaických modulů od největších výrobců se liší jen málo.
Je třeba vzít v úvahu, že při objednávce sady zařízení na klíč budou náklady na samotné solární panely pouze 30-40% z celkové částky. Doba návratnosti takových projektů je 5-10 let a závisí na úrovni spotřeby energie a možnosti prodeje přebytečné elektřiny do městské sítě.
Závěry a užitečné video k tématu
Prezentovaná videa ukazují provoz různých solárních panelů v reálných podmínkách. Pomohou vám také porozumět otázkám výběru souvisejícího vybavení.
Pravidla pro výběr solárních panelů a souvisejícího vybavení:
Typy solárních panelů:
Testování monokrystalických a polykrystalických panelů:
Pro obyvatelstvo a malá průmyslová zařízení v současnosti neexistuje žádná skutečná alternativa k panelům z krystalického křemíku. Ale tempo vývoje nových typů solárních panelů nám umožňuje doufat, že v nadcházejících desetiletích se solární energie stane hlavním zdrojem elektřiny v mnoha venkovských domech a chatách.
Krystalová mřížka perovskitu CH3NH3PbI3
Wikimedia Commons
Američtí vědci prokázali, že v solárních článcích na bázi perovskitů jsou nosiče náboje s přebytečnou energií schopny urazit značnou vzdálenost, než ji rozptýlí jako teplo. To znamená, že je docela dobře možné implementovat fotovoltaické články na horké nosiče, u kterých je teoretická hranice účinnosti dvakrát vyšší než u klasických křemíkových. Studie byla publikována v časopise Věda.
U dnes nejrozšířenějších solárních článků, které jako polovodič používají křemík, teoreticky možná účinnost sotva přesahuje 30 procent. To je způsobeno skutečností, že křemíkové články jsou schopny využívat pouze část slunečního spektra. Fotony s energií pod prahem se prostě neabsorbují a ty s příliš vysokou energií vedou ve fotočlánku ke vzniku tzv. horkých nosičů náboje (například elektronů). Životnost posledně jmenovaných je asi pikosekunda (10-12 sekund), poté „vychladnou“, to znamená, že rozptýlí přebytečnou energii ve formě tepla. Pokud by bylo možné sbírat horké nosiče, zvýšilo by to teoretickou hranici účinnosti na 66 procent, tedy na dvojnásobek. Navzdory tomu, že v některých experimentech bylo možné pozorovat malé zachování energie, prvky na horkých nosičích stále zůstávají spíše hypotetické.
Vědci z Purdue University a National Renewable Energy Laboratory (USA) přispěli ke studiu nové slibné třídy fotovoltaických článků založených na perovskitech a prokázali, že v takových článcích mají horké nosiče nejen zvýšenou životnost (až 100 pikosekund), ale jsou také schopny „uběhnout » značné vzdálenosti několik stovek nanometrů (což je srovnatelné s tloušťkou polovodičové vrstvy).
Organokovové perovskity získaly svůj název podle své krystalické struktury. V podstatě opakuje strukturu přírodního minerálu – perovskitu, neboli titaničitanu vápenatého. Chemicky se jedná o smíšené halogenidy olova a organických kationtů. Autoři práce použili běžný perovskit na bázi jodidu olovnatého a methylamonia. Vzhledem k tomu, že u perovskitů je životnost horkých nosičů výrazně zvýšena oproti jiným polovodičům, rozhodli se autoři zjistit, jak daleko se mohou horké nosiče při jejich chlazení přenést. Pomocí ultra-vysokorychlostní mikroskopie byli vědci schopni přímo pozorovat transport horkých nosičů v tenkých perovskitových filmech s vysokým prostorovým a časovým rozlišením.
Transport horkých nosičů v polovodiči během první pikosekundy po vybuzení
Guo et al / Science 2017
Ukázalo se, že pomalé ochlazování u perovskitů je spojeno s dosahem až 600 nanometrů. To znamená, že nosiče náboje s přebytečnou energií jsou teoreticky schopny překonat polovodičovou vrstvu a dostat se k elektrodě, to znamená, že je lze sesbírat (avšak autoři práce nediskutují, jak to technicky realizovat). Solární články s horkým nosičem je tedy možné realizovat pomocí perovskitů jako základu.
Dosud byla maximální účinnost, dosahující 46 %, zaznamenána u vícevrstvých vícesložkových fotovoltaických článků, které zahrnují arsenid gallia, indium, germanium s inkluzemi fosforu. Takové polovodiče využívají světlo efektivněji tím, že absorbují různé části spektra. Jejich výroba je velmi nákladná, proto se takové prvky používají pouze v kosmickém průmyslu. Dříve jsme také psali o prvcích na bázi teluridu kadmia, které lze vyrábět ve formě pružných a tenkých vrstev. Navzdory tomu, že celkový příspěvek solární energie k výrobě elektřiny zatím nepřesahuje 1 %, lze tempo růstu nazvat explozivní. O využívání obnovitelné solární energie mají zájem zejména země jako Indie a Čína. Google na konci roku 2016 oznámil, že se letos chystá zcela přejít na obnovitelné zdroje energie.
V současné době se v běžném životě používají především křemíkové solární články, jejichž skutečná účinnost je 10–20 procent. Prvky na bázi perovskitů se objevily před necelými 10 lety a okamžitě vzbudily zasloužený zájem (už jsme o nich psali). Účinnost takových prvků se rychle zvyšuje a dosáhla téměř 25 procent, což je srovnatelné s nejlepšími příklady křemíkových solárních článků. Navíc se velmi snadno vyrábějí. Navzdory technologickému úspěchu jsou fyzikální principy fungování perovskitových článků poměrně málo prozkoumány, takže práce diskutovaná vědci ze Spojených států významně přispívá k základním principům fotovoltaiky a samozřejmě přináší perspektivu dalšího zvyšování účinnost solárních článků.
Daria Spasská
Mám zájem setkávat se s lidmi, kteří se neustále hledají. Mezi nimi i můj kolega Alexander, fanoušek elektromobilů. Informace o jejím vývoji a formování flotily elektrických vozidel na Ukrajině naleznete zde. Ale kupodivu ho kromě elektromobilu zajímají i solární panely s vysokou účinností.
Po jeho otázce jsem se musel trochu zapotit a z toho vyplynulo toto.
Krystalické fotomoduly křemíku
Účinnost článků křemíkových modulů je dnes cca 15 - 20 % (polykrystaly - monokrystaly). Toto číslo se může brzy zvýšit o několik procent. Například SunTech Power, jeden z největších světových výrobců krystalických křemíkových modulů, oznámil svůj záměr uvést do dvou let fotovoltaické moduly s účinností 22 %.
Stávající laboratorní vzorky monokrystalických článků vykazují produktivitu 25%, polykrystalické - 20,5%. Teoretická maximální účinnost křemíkových unijunkčních (p-n) prvků je 33,7 %. I když se toho nepodařilo dosáhnout, hlavním úkolem výrobců je kromě zvýšení účinnosti článků zlepšit technologii výroby a snížit náklady na fotomoduly.
Samostatně jsou umístěny fotomoduly od Sanyo, vyrobené technologií HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) s použitím několika vrstev křemíku, podobně jako tandemové vícevrstvé články. Účinnost těchto prvků z monokrystalického C-Si a několika vrstev nanokrystalického nc-Si je 23 %. To je dosud nejvyšší účinnost článků ze sériových krystalických modulů.
Tenkovrstvé solární články
Pod tímto názvem bylo vyvinuto několik různých technologií, o jejich výkonu lze říci následující.
Dnes existují tři hlavní typy anorganických filmových solárních článků – filmy z amorfního křemíku (a-Si), filmy z teluridu kadmia (CdTe) a filmy selenidu mědi a india a galia (CuInGaSe2 nebo CIGS).
Účinnost moderních tenkovrstvých solárních článků na bázi amorfního křemíku je cca 10%, fotomodulů na bázi teluridu kadmia - 10-11% (výrobce: First Solar), na bázi měď-indium-gallium selenid - 12-13% (japonský solární moduly SOLAR FRONTIER) . Ukazatele účinnosti sériových článků: CdTe mají účinnost 15,7 % (moduly MiaSole) a články CIGS vyrobené ve Švýcarsku - 18,7 % (EMPA).
Účinnost jednotlivých tenkovrstvých solárních článků je mnohem vyšší, například údaje o výkonu laboratorních vzorků amorfních křemíkových článků jsou 12,2 % (United Solar), CdTe články jsou 17,3 % (First Solar), CIGS články jsou 20,5 % (ZSW). V objemech výroby mezi ostatními tenkovrstvými technologiemi zatím vedou solární konvertory na bázi tenkých vrstev amorfního křemíku - celosvětový objem trhu tenkovrstvých Si článků je asi 80 %, solárních článků na bázi teluridu kadmia asi 18 % a měď-indium-gallium selenid tvoří 2 % trhu.
To je způsobeno především cenou a dostupností surovin a také vyšší stabilitou charakteristik než u vícevrstvých struktur. Všimněte si, že křemík je jedním z nejběžnějších prvků v zemské kůře, zatímco indium (prvky CIGS) a telur (prvky CdTe) jsou rozptýleny a těženy v malých množstvích. Kromě toho je kadmium (články CdTe) toxické, ačkoli většina výrobců takových solárních panelů garantuje úplnou recyklaci svých produktů.
Další rozvoj fotoelektrických konvertorů na bázi anorganických tenkých vrstev je spojen se zdokonalováním technologie výroby a stabilizací jejich parametrů.
A přesto, na základě stability vlastností a relativně nízké ceny, jsou preferovány solární baterie vyrobené na bázi amorfního křemíku. Ale jak vidíme, jejich účinnost není větší než 12,2%.
Lepších výsledků bylo zatím dosaženo v laboratorních podmínkách. Příkladem je vývoj inženýrů ze švýcarské Národní laboratoře pro materiály, vědu a technologii EMPA, kterým se podařilo dosáhnout vysoké míry účinnosti (20,4 %) při práci s novou generací tenkovrstvých solárních panelů. Nové panely jsou založeny na pružných polymerech vyrobených z komplexní sloučeniny CIGS nebo měď-indium-gallium (di)selenid (měď-indium-gallium-(di)selenid).
Nízká účinnost solárních panelů je jednou z hlavních nevýhod moderních solárních systémů. Jeden metr čtvereční fotočlánku je dnes schopen generovat asi 15-20 % výkonu záření, které na něj dopadá.
Taková generace vyžaduje instalaci velkých baterií pro plné napájení. Navíc, aby bylo dosaženo požadovaného výstupního napětí, jsou vzájemně propojeny sériově nebo paralelně. Jejich plocha může dosáhnout několika metrů čtverečních.
Účinnost solárních panelů závisí na řadě důvodů:
- materiál fotobuňky;
- hustota slunečního toku;
- roční období;
- teplota;
- atd.
Promluvme si více o každém faktoru.
Materiál fotobuňky
Jsou rozděleny do tří typů, v závislosti na způsobu tvorby atomu křemíku:
- polykrystalické;
- monokrystalický;
- panely z amorfního křemíku.
Polykrystalické panely jsou vyrobeny z čistého křemíku a mají poměrně vysokou účinnost 14-17%.
Monokrystalické panely jsou méně účinné při přeměně sluneční energie. Jejich účinnost je asi 10-12%. Nízká spotřeba energie na výrobu takových měničů je však činí dostupnějšími.
Výroba panelů z amorfního křemíku (nebo tenkého filmu) je jednoduchá a levná a v důsledku toho cenově dostupná. Jejich účinnost je však výrazně nižší než u předchozích dvou typů – 5–6 %. Prvky tenkovrstvých křemíkových konvertorů navíc časem ztrácejí své vlastnosti.
Tenkovrstvé baterie jsou také vyrobeny z částic mědi, india, galia a selenu. To mírně zvyšuje jejich výkon.
Práce za každého počasí
Graf výkonu v závislosti na povětrnostních podmínkách Tento indikátor závisí na geografické poloze panelu: čím blíže k rovníku, tím vyšší je hustota slunečního záření.
V zimě se výkon fotobuněk může snížit 2 až 8krát. To se vysvětluje především hromaděním sněhu na nich a zkrácením trvání a počtu slunečných dnů.
Důležité si pamatovat: v zimě sledujte náklon panelů, protože slunce je níže než obvykle.
Podmínky pro efektivní práci
Aby baterie fungovala efektivně, musíte zvážit několik nuancí:
- úhel sklonu baterie ke slunci;
- teplota;
- nedostatek stínu.
Úhel mezi pracovní plochou převodníku a slunečními paprsky by měl být blízko vpravo. V tomto případě bude účinnost fotobuněk při zachování všech ostatních podmínek maximální. Pro zvýšení účinnosti jsou navíc vybaveny systémem sledování slunce, který mění sklon vzhledem k poloze svítidla. Ale to se nestává často kvůli vysokým nákladům na zařízení.
