Характеристики типов солнечных панелей

Солнечные панели представляют возможный вариант альтернативной энергетики за счет энергии нашего светила.  Альтернативные источники  как геотермальные, ветра или гидроэнергия, солнечные источники становятся наиболее популярными.

Если мы посмотрим на мировое производство возобновляемой энергии около 5 × 1020 Дж в год, то  ветер это 0,3 %, геотермальная 0,2 %, биотопливо 0,2 %, а солнечная фотоэлектрическая составляет всего около 1,5 % согласно статистическому обзору мировой энергетики.солнечные панели

В последние годы технической модернизации не только обсуждается конкурентоспособная цена солнечной фотоэлектрической технологии, но и разрабатываются различные виды солнечных панелей и их характеристики.

Прогнозируется, что к  2030 году использование различных типов солнечных панелей будет доминировать по сравнению к другими источниками возобновляемой энергии.

Из исследования экономики затрат фотоэлектрики стоимость электростанции зависит от цены земли. Если  электростанция находится рядом с подстанцией, вблизи населенного пункта стоимость земли будет высока. Если находится в отдаленном месте, стоимость земли низкая, но потери энергии при передаче будут высокими. С другой стороны, с меньшим населением и в отдаленном месте, использование энергии ограничено местным сообществом. В идеале электростанция должна располагаться в месте, где генерация энергии подключена непосредственно к энергосистеме на оптимальном расстоянии.

Положительные характеристики панелей солнечных батарей:

  • необходимо меньше ресурсов для обслуживания
  • длительная эксплуатация
  • высокая производительность
  • экологическая чистота
  • более высокая эффективность
  • стойкость к внешним воздействиям
  • максимальная надежность

Что такое солнечная панель?

Солнечные панели преобразуют свет в электричество.

Самый мощный источник дающий  солнечное излучение – Солнце, поэтому их называют “солнечными” панелями. Все виды элементов в их характеристиках  называют фотоэлектрическими, что означает “свет- электричество”.

Используется множество соединенных элементов поэтому называется панелями.

Производство электроэнергии зависит от количества света, который попадает на фотоэлементы и от вида элементов.

Интересно, что космические аппараты обычно проектируются с солнечными батареями.

Способ обработки

Все виды солнечных батарей представляют несколько соединенных отдельных элементов, которые преобразовывают свет в электричество. Это преобразование обусловлено фотоэлектрическим эффектом, а панель батарей может называется как фотогальваническая.

Количество и размер требуемой панели батарей определяются доступным светом и требуемым количеством энергии. Размер панели должен соответствовать самым требовательным электрическим нагрузкам. Эти солнечные панели нужно установить на крыше, земле и где свет доступен.

Ток, полученный от солнечных панелей представляет постоянный ток, который непосредственно не используются для бытовой техники. Для этого используется инвертор. Мы можем сразу использовать ток от  батарей для некоторых специфических применений как  сотовый телефон, свет.

Как сделаны панели?

Фотовольтаические панели могут произвести электричество от ряда частот света и это  зависит от конструкции.

В настоящее время наилучшая практическая  эффективность составляет около 20,1%.

В новых коммерческих продуктах, как правило, ниже эффективность их изолированных ячеек. Высокоэффективные солнечные панели массового производства имеют плотность энергии до 175 Вт / м2

Виды солнечных панелей  конкурируют за доминирование на рынке:

  • кремниевые;
  • тонкая пленка;
  • ячейка Гретцеля с применением диоксида титана.

Кремниевые технологии

В настоящий момент около 80 – 85% всех фотоэлектрических модулей изготовлены с использованием кремниевых технологий и включают изготовление особой чистоты слитков из поли или монокристаллического кремний материала, как правило, из природного кварца. Эти слитки легированы бором.  Слитки нарезаются на пластинки и легируются на поверхность люминофором с помощью процесса термической диффузии, образующих р-n-полупроводниковое соединение.

Некоторые производители выращивают тонкие ленты кремния напрямую из расплавленного материала, избегая требования отрезать или пилить из слитков, таким образом, экономя значительное количество дорогостоящего кремния. Некоторое количество этих ячеек после этого соединяются в солнечную панель. кремниевая солнечная панель Преимущества технологии кремния выше, эффективность ячейки (до 20%), простая и доказанная технология, в то время как недостатками являются количество дорогостоящего кремния, необходимого для производства заданного количества электроэнергии и выше производственные затраты.

Технологии тонкой пленки

Технологии солнечных батарей тонкой пленки на основе полупроводниковых материалов, как аморфный кремний, теллурид кадмия (CdTe), селенид меди-индия-галлия.

Тонкая пленка изготавливается путем нанесения нескольких слоев этих различных материалов на субстрат стекла, металла или полимера. Эти полупроводниковые переходы формируются по-разному, либо как p-i-n устройство в аморфном кремнии или как гетеро-переход для теллурид кадмия и селенид меди-индия-галлия. Прозрачный проводящий оксидный слой как окись олова  формирует передний электрический контакт ячейки и металлический слой другого контакта.солнечные панели

Преимуществом этой технологии можно отнести более низкую стоимость в пиковой электрической мощности к более низкой стоимостью материалов и другим производственным затратам и легкость масштабируемости к большим панелям.

Недостатки:  эффективность превращения энергии (до 13%) приводит к  более большой зоне для производства заданного количества электроэнергии по сравнению с кремнием и сложности самой технологии.

Ячейка Гретцеля

Есть также сенсибилизированные красителем солнечные элементы которые называют ячейка Гретцеля в честь швейцарского ученого Михаэля Гретцеля.

Принцип  использует окислительно-восстановительную реакцию, протекающую в электролите с  применением диоксида титана (TiO2). ячейка Гретцеля

Наночастицы диоксида титана, покрытые молекулярным красителем,  поглощают солнечный свет, как хлорофилл в зеленых листьях. Этот диоксид титана погружают в раствор электролита, над которым находится катализатор на основе платины. Как в обычной щелочной батарее, анод (диоксид титана) и катод (платина) помещены на любой стороне жидкостного проводника (электролита). Солнечный свет проходит сквозь прозрачный электрод в слой краски, где он может возбуждать электроны, которые затем перетекают в диоксид титана. Электроны текут навстречу прозрачному электроду, где они собираются до замыкания цепи. После пропускания через внешнюю цепь, они приходят назад в электролит. Электролит тогда транспортирует электроны обратно к молекулам красителя.

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы еще не развиты в промышленные приборы из-за наличия недостатков.

К недостаткам относятся: использование жидкого электролита, который имеет проблемы стабильности температуры.

  • При низких температурах электролит может замерзнуть, прекращая производство электроэнергии и потенциально может привести к физическим повреждениям.
  • Высокая температура сильно расширяет жидкость, делая герметичные панели серьезной проблемой.
  • Другим недостатком является то, что дорогостоящий рутений (краситель), платина (катализатор) и проводящее стекло или пластик необходимы для того, чтобы произвести ячейку Гретцеля.
  • Недостатком является то, что раствор электролита содержит летучие органические соединения, растворители, которые должны быть тщательно загерметизированы по мере опасности для здоровья человека и окружающей среды.
  • Кроме того КПД составляет порядка 10%.

Таким образом, практичные виды солнечных панелей на основе кристаллического кремния и тонкой пленки.