Vrste solarnih panela: usporedni pregled konstrukcija i savjeti za odabir panela

Alternativna energetika se maksimalno razvija u Europi, pokazujući svojom perspektivnošću rezultate. Pojavljuju se nove vrste solarnih panela, povećava se njihova učinkovitost.

Ako želite osigurati rad industrijskog objekta ili stambenog prostora pomoću sunčeve energije, potrebno je prethodno saznati o razlikama opreme, shvatiti koji solarni paneli odgovaraju klimatskim uvjetima određenog područja.

Pomoći ćemo vam razumjeti ovo pitanje. U članku je razmotren princip rada fotonaponskih pretvarača, dan je pregled različitih vrsta solarnih panela s navođenjem njihovih karakteristika, prednosti i nedostataka. Nakon upoznavanja s materijalom, moći ćete napraviti pravilan izbor za postavljanje učinkovitog solarnog sustava.

Princip rada solarnih panela

Velika većina solarnih panela su u fizičkom smislu fotonaponski pretvarači. Elektrogeneracijski efekt nastaje na mjestu poluvodničkog p-n spoja.

Upravo silikonske ploče čine osnovu troška solarnih panela, ali pri njihovom korištenju kao danonoćnog izvora elek trične energije bit će potrebno dod atno kupiti skupe akumulatorske baterije.

Panel se sastoji od dvije silikonske ploče s različitim svojstvima. Pod utjecajem svjetla u jednoj od nijih nastaje nedostatak elek trona, a u drugoj – njihov višak. Svaka ploča ima bakrene vodilice za odvod struje, koje se spajaju na pretvarače napona.

Industrijski solarni panel sastoji se od mnogo laminiranih fotonaponskih ćelija, međusobno spojenih i pričvršćenih na fleksibilnu ili krutu podlogu.

Učinkovitost opreme uvelike ovisi o čistoći silikona i orijentaciji njegovih kristala. Upravo te parametre inženjeri pokušavaju poboljšati posljednja desetljeća. Osnovni problem pritom je visoka cijena procesa koji leže u osnovi pročišćavanja silikona i usmjeravanja kristala u jednom smjeru na cijelom panelu.

Godišnje se maksimalne učinkovitosti različitih solarnih panela povećavaju jer se u istraživanja novih fotonaponskih materijala ulažu milijarde dolara (+)

Poluvodiči fotonaponskih pretvarača mogu se izrađivati ne samo od silicija, već i od drugih materijala – princip rada baterije pritom se ne mijenja.

Vrste fotonaponskih pretvarača

Industrijske solarne ploče klasificiraju se prema njihovim konstrukcijskim značajkama i vrsti radnog fotonaponskog sloja.

Razlikuju se ove vrste baterija prema tipu uređaja:

• savitljive ploče;
• kruti moduli.

Savitljive tankoslojne ploče postupno zauzimaju sve veću nišu na tržištu zahvaljujući svojoj montažnoj svestranosti, jer se mogu instalirati na većini površina s različitim arhitektonskim oblicima.

Stvarne karakteristike solarnih panela obično su niže od navedenih u uputama. Stoga je prije njihove instalacije doma poželjno osobno vidjeti sličan realizirani projekt.

Prema vrsti radnog fotonaponskog sloja solarne baterije dijele se na sljedeće vrste:

1. Silicijske: monokristalne, polikristalne, amorfne.
2. Telurij-kadmijeve.
3. Na bazi selenida indija-bakra-galija.
4. Polimerne.
5. Organske.
6. Na bazi arsenida galija.
7. Kombinirane i višeslojne.

Interest za širokog potrošača ne predstavljaju sve vrste solarnih panela, već samo prve dvije kristalne podvrste.

Iako neke druge vrste panela imaju veću učinkovitost, zbog visoke cijene nisu dobile široku rasprostranjenost.

Silicijski fotonaponski elementi prilično su osjetljivi na zagrijavanje. Osnovna temperatura za mjerenje proizvodnje električne energije iznosi 25 °C. Pri povećanju za jedan stupanj, učinkovitost panela smanjuje se za 0,45–0,5 %.

Dalje će se detaljno razmotriti solarni paneli koji su od najvećeg interesa za potrošače.

Karakteristike panela na bazi silicija

Silicij za solarne baterije proizvodi se od kvarcnog praha – mljevenih kristala kvarca. Najbogatija ležišta sirovina nalaze se u Zapadnom Sibiru i Srednjem Uralu, stoga su izgledi ovog smjera solarne energije gotovo neograničeni.

Čak i sada kristalni i amorfni silicijski paneli zauzimaju već više od 80 % tržišta. Stoga ih vrijedi detaljnije razmotriti.

Monokristalni silicijevi paneli

Suvremene monokristalne silicijske pločice (mono-Si) imaju ujednačenu tamnoplavu boju na cijeloj površini. Za njihovu proizvodnju koristi se najčišći silicij. Monokristalni fotonaponski elementi među svim silicijskim pločicama imaju najvišu cijenu, ali pružaju i najbolju učinkovitost.

Veliki monokristalni solarni paneli s okretnim mehanizmima savršeno se uklapaju u pustinjske krajolike. Tamo su osigurani uvjeti za maksimalnu produktivnost.

Visoka cijena proizvodnje posljedica je složenosti orijentacije svih silicijskih kristala u jednom smjeru. Zbog takvih fizičkih svojstava radnog sloja, maksimalna učinkovitost postiže se samo pri okomitom padu sunčevih zraka na površinu pločice.

Monokristalne baterije zahtijevaju dodatnu opremu koja ih automatski okreće tijekom dana kako bi ravnina panela bila što okomitija na sunčeve zrake.

Slojevi silicija s jednostrano orijentiranim kristalima režu se iz cilindričnog metalnog bloka, stoga gotovi fotonaponski blokovi imaju oblik kvadrata sa zaobljenim kutovima.

Prednosti monokristalnih silicijskih baterija uključuju:

1. Visoka učinkovitost s vrijednošću od 17–25 %.
2. Kompaktnost – manja površina za smještaj opreme po jedinici snage u usporedbi s polikristalnim silicijskim panelima.
3. Trajnost – dovoljna učinkovitost proizvodnje električne energije osigurana je do 25 godina.

Nedostataka takvih baterija ima samo dva:

1. Visoka cijena i dugotrajan povrat ulaganja.
2. Osjetljivost na prljavštinu. Prašina raspršuje svjetlost, stoga solarnim panelima prekrivenima njome naglo opada učinkovitost.

Zbog potrebe za izravnim sunčevim zrakama, monokristalni solarni paneli instaliraju se uglavnom na otvorenim prostorima ili na visini. Što je područje bliže ekvatoru i što ima više sunčanih dana, to je poželjnija instalacija upravo ove vrste fotonaponskih elemenata.

Polikristalni solarni paneli

Polikristalne silikonske ploče (multi-Si) imaju neujednačen intenzitet plave boje zbog različite orijentacije kristala. Čistoća silicija koji se koristi u njihovoj proizvodnji nešto je niža nego kod monokristalnih analoga.

Raznolika usmjerenost kristala osigurava visoku učinkovitost pri difuznom svjetlu – 12-18%. Ona je niža nego kod jednosmjernih kristala, ali u oblačnim uvjetima takve su ploče učinkovitije.

Nehomogenost materijala dovodi do smanjenja troškova proizvodnje silicija. Pročišćeni metal za polikristalne solarne ploče bez posebnih trikova ulijeva se u kalupe.

U proizvodnji se koriste posebne tehničke metode za formiranje kristala, ali njihova usmjerenost nije kontrolirana. Nakon hlađenja, silicij se reže u slojeve i obrađuje prema posebnom algoritmu.

Polikristalne ploče ne zahtijevaju stalno usmjeravanje prema suncu, stoga se za njihovo postavljanje aktivno koriste krovovi kuća i industrijskih zgrada.

Danju pri laganoj naoblaci prednosti solarnih ploča od amorfnog silicija neće biti primjetne, njihove prednosti dolaze do izražaja samo pri gustim oblacima ili u sjeni (+)

Među prednosti solarnih ploča s raznoliko usmjerenim kristalima ubrajaju se:

1. Visoka učinkovitost u uvjetima difuznog svjetla.
2. Mogućnost stacionarne montaže na krovovima zgrada.
3. Niža cijena u usporedbi s monokristalnim pločama.
4. Trajanje uporabe – pad učinkovitosti nakon 20 godina uporabe iznosi samo 15-20%.

Nedostaci polikristalnih ploča također postoje:

1. Smanjena učinkovitost s vrijednošću 12-18%.
2. Relativna glomaznost – zahtijeva više prostora za instalaciju po jedinici snage u usporedbi s monokristalnim analozima.

Polikristalne solarne ploče osvajaju sve veći tržišni udio među ostalim silikonskim baterijama. To je omogućeno širokim potencijalnim mogućnostima za smanjenje troškova njihove proizvodnje. Svake godine povećava se i učinkovitost takvih ploča, brzo se približavajući 20% kod masovnih proizvoda.

Solarni paneli od amorfnog silicija

Mehanizam proizvodnje solarnih ploča od amorfnog silicija bitno se razlikuje od izrade kristalnih fotonaponskih elemenata. Ovdje se ne koristi čisti nemetal, već njegov hidrid, čije se vruće pare talože na podlogu.

Kao rezultat takve tehnologije, klasični kristali se ne formiraju, a troškovi proizvodnje naglo padaju.

Fotonaponski elementi od taloženog amorfnog silicija mogu se učvrstiti kako na savitljivoj polimernoj podlozi, tako i na krutom staklenom listu.

Trenutno postoje tri generacije panela od amorfnog silicija, u svakoj od kojih se značajno povećava učinkovitost. Dok su prvi fotonaponski moduli imali učinkovitost od 4-5%, danas se na tržištu masovno prodaju modeli druge generacije s učinkovitošću od 8-9%.

Amorfni paneli najnovijeg razvoja imaju učinkovitost do 12% i već se počinju pojavljivati u prodaji, no još su uvijek prilično skupi.

Zbog značajki ove proizvodne tehnologije, sloj silicija može se stvoriti kako na krutoj, tako i na savitljivoj podlozi. Zbog toga se moduli od amorfnog silicija aktivno koriste u savitljivim tankoslojnim solarnim modulima. No varijante s elastičnom podlogom koštaju mnogo više.

Fizikalno-kemijska struktura amorfnog silicija omogućuje maksimalno apsorbiranje fotona slabog raspršenog svjetla za generiranje električne energije. Stoga su takvi paneli pogodni za primjenu u sjevernim područjima s velikim slobodnim površinama.

Učinkovitost baterija na bazi amorfnog silicija ne smanjuje se ni pri visokoj temperaturi, iako po tom parametru gube u odnosu na panele od galij arsenida.

Pri jednakoj cijeni opreme, solarni paneli od silicijevog hidrida pokazuju veću proizvodnost od njihovih mono- i polikristalnih analoga (+).

Sažimajući, mogu se navesti sljedeće prednosti amorfnih solarnih panela:

1. Svestranost – mogućnost izrade savitljivih i tankih panela, montaža baterija na bilo koje arhitektonske oblike.
2. Visoka učinkovitost pri raspršenom svjetlu.
3. Stabilan rad pri visokim temperaturama.
4. Jednostavnost i pouzdanost konstrukcije. Takvi se paneli praktički ne lome.
5. Očuvanje radne sposobnosti u složenim uvjetima – manji pad proizvodnosti pri zaprašenosti površine nego kod kristalnih analoga.

Vijek trajanja takvih fotonaponskih elemenata, počevši od druge generacije, iznosi 20-25 godina uz pad snage od 15-20%. Nedostacima panela od amorfnog silicija može se pripisati samo potreba za većim površinama za smještaj opreme potrebne snage.

Pregled uređaja bez silicija

Neki solarni paneli, izrađeni primjenom rijetkih i skupocjenih metala, imaju učinkovitost veću od 30%. Oni su višestruko skuplji od svojih silicijskih analoga, ali su ipak zauzeli visokotehnološku trgovačku nišu, zahvaljujući svojim posebnim karakteristikama.

Solarni paneli od rijetkih metala

Postoji nekoliko tipova solarnih panela od rijetkih metala, i nemaju svi učinkovitost veću od monokristalnih silicijskih modula.

Međutim, sposobnost rada u ekstremnim uvjetima omogućuje proizvođačima takvih solarnih panela da proizvode konkurentne proizvode i provode daljnja istraživanja.

Paneli od telurida kadmija aktivno se koriste za oblaganje zgrada u ekvatorijalnim i arapskim zemljama, gdje se njihova površina zagrijava danju do 70-80 stupnjeva.

Glavne legure koje se koriste za izradu fotonaponskih elemenata su telurid kadmija (CdTe), selenid indija-bakra-galija (CIGS) i selenid indija-bakra (CIS).

Kadmij je toksični metal, a indij, galij i telur su prilično rijetki i skupi, stoga je masovna proizvodnja solarnih panela na njihovoj osnovi čak i teoretski nemoguća.

Učinkovitost takvih panela je na razini 25-35%, iako u iznimnim slučajevima može doseći i 40%. Ranije su se uglavnom koristili u svemirskoj industriji, a sada se pojavio novi perspektivni smjer.

Zbog stabilnog rada fotonaponskih ćelija od rijetkih metala pri temperaturama od 130-150 °C koriste se u solarnim toplinskim elektranama. Pritom se sunčeve zrake s desetaka ili stotina zrcala koncentriraju na mali panel koji istovremeno proizvodi električnu energiju i osigurava prijenos toplinske energije vodenom izmjenjivaču topline.

Kao rezultat zagrijavanja vode stvara se para koja pokreće turbinu i proizvodi električnu energiju. Na taj se način sunčeva energija pretvara u električnu istovremeno na dva načina s maksimalnom učinkovitošću.

Polimerni i organski analozi

Fotonaponski moduli na bazi organskih i polimernih spojeva počeli su se razvijati tek u posljednjem desetljeću, ali istraživači su već postigli značajne uspjehe. Najveći napredak pokazuje europska tvrtka Heliatek, koja je već opremila nekoliko visokih zgrada organskim solarnim panelima.

Debljina njezine rolo filmske konstrukcije tipa HeliaFilm iznosi samo 1 mm.

U proizvodnji polimernih panela koriste se tvari kao što su ugljikovi fulereni, bakrov ftalocijanin, polifenilen i druge. Učinkovitost takvih fotonaponskih ćelija već doseže 14-15%, a troškovi proizvodnje su višestruko niži nego kod kristalnih solarnih panela.

Oštro se postavlja pitanje roka degradacije organskog radnog sloja. Za sada nije moguće pouzdano potvrditi razinu njegove učinkovitosti nakon nekoliko godina rada.

Prednosti organskih solarnih panela su:

• mogućnost ekološki sigurnog zbrinjavanja;
• jeftina proizvodnja;
• fleksibilna konstrukcija.

Nedostacima takvih fotonaponskih ćelija može se pripisati relativno niska učinkovitost i nedostatak pouzdanih informacija o vremenu stabilnog rada panela. Moguće je da će za 5-10 godina svi nedostaci organskih solarnih fotonaponskih ćelija nestati i one će postati ozbiljni konkurenti silicijskim pločicama.

Koji solarni panel odabrati?

Odabir solarnih panela za vikendice na geografskoj širini od 45-60° nije težak. Ovdje treba razmatrati samo dvije mogućnosti: polikristalne i monokristalne silikonske panele.

Kod manjka prostora prednost treba dati učinkovitijim modelima s jednostranom orijentacijom kristala, a kod neograničenog prostora preporučuje se kupnja polikristalnih panela.

Ne treba se oslanjati na prognoze analitičkih tvrtki o razvoju tržišta solarnih panela, jer njihovi najbolji primjerci možda još nisu izumljeni.

Odabir konkretnog proizvođača, potrebne snage i dodatne opreme najbolje je obaviti uz sudjelovanje menadžera tvrtki koje se bave prodajom i instalacijom takve opreme. Treba znati da se kvaliteta i cijena fotonaponskih modula kod najvećih proizvođača malo razlikuju.

Treba uzeti u obzir da će pri narudžbi kompleta opreme 'ključ u ruke', cijena samih solarnih panela iznositi samo 30-40% od ukupnog iznosa. Razdoblje povrata takvih projekata iznosi 5-10 godina, a ovisi o razini potrošnje energije i mogućnosti prodaje viška električne energije u gradsku mrežu.

Neki majstori radije sami sastavljaju solarne panele. Na našoj web stranici postoje članci s detaljnim opisom tehnologije izrade takvih panela, njihovog povezivanja i opremanja solarnih sustava grijanja.

Preporučujemo vam da pogledate:

1. Kako napraviti solarnu ploču vlastitim rukama: upute za samostalnu montažu
2. Solarni sustavi grijanja: pregled tehnologija za izvedbu grijanja na bazi solarnih sustava
3. Shema spajanja solarnih ploča: na kontroler, na akumulator i na servisirane sustave

Zaključci i koristan video na temu

Prikazani video isječci prikazuju rad različitih solarnih panela u stvarnim uvjetima. Također će vam pomoći da se snađete u pitanjima odabira prateće opreme.

Pravila za odabir solarnih panela i prateće opreme:

Vrste solarnih panela:

Testiranje monokristalnih i polikristalnih panela:

Za stanovništvo i male industrijske objekte zasad nema stvarne alternative kristalnim silikonskim panelima. Ali tempo razvoja novih tipova solarnih panela dopušta nadu da će uskoro sunčeva energija postati glavni izvor električne energije u mnogim vikendicama.

Svima zainteresiranima za pitanje odabira i korištenja solarnih panela predlažemo da ostave komentare, postavljaju pitanja i sudjeluju u raspravama. Obrazac za kontakt nalazi se u donjem bloku.