Tipi di pannelli solari: una panoramica comparativa di progetti e suggerimenti per la scelta dei pannelli

L'energia alternativa si sta sviluppando il più possibile in Europa, mostrando i risultati della sua promessa. Vengono visualizzati nuovi tipi di pannelli solari, la loro efficienza aumenta.

Se vuoi garantire il funzionamento di un edificio industriale o residenziale a causa dell'energia del sole, devi prima conoscere le differenze nelle attrezzature, capire quali pannelli solari sono adatti alle condizioni climatiche di una particolare regione.

Ti aiuteremo a capire questo problema. L'articolo descrive il principio di funzionamento dei convertitori fotovoltaici, fornisce una panoramica dei diversi tipi di pannelli solari con un'indicazione delle loro caratteristiche, vantaggi e svantaggi. Dopo aver letto il materiale, puoi fare la scelta giusta per organizzare un sistema solare efficace.

Il principio di funzionamento dei pannelli solari

La stragrande maggioranza dei pannelli solari sono convertitori fisicamente fotovoltaici. L'effetto di generazione dell'elettricità si verifica nel sito della giunzione pn del semiconduttore.

Sono i wafer di silicio che formano la base del costo dei pannelli solari, ma se utilizzati come fonte di energia 24 ore su 24, dovrai acquistare batterie costose

Il pannello è costituito da due wafer di silicio con proprietà diverse. Sotto l'influenza della luce in uno di essi c'è una mancanza di elettroni e nell'altro il loro eccesso. Ogni piastra ha strisce conduttive in rame che si collegano ai convertitori di tensione.

Un pannello solare industriale è costituito da molte celle fotovoltaiche laminate legate tra loro e montate su un substrato flessibile o rigido.

L'efficienza dell'attrezzatura dipende in gran parte dalla purezza del silicio e dall'orientamento dei suoi cristalli. Sono questi i parametri che gli ingegneri hanno cercato di migliorare negli ultimi decenni.Il problema principale in questo caso è l'alto costo dei processi che sono alla base della purificazione del silicio e della posizione dei cristalli in una direzione sull'intero pannello.

Ogni anno, la massima efficienza di vari pannelli solari cambia verso l'alto, perché miliardi di dollari vengono investiti nella ricerca di nuovi materiali fotovoltaici (+)

I semiconduttori di convertitori fotoelettrici possono essere realizzati non solo di silicio, ma anche di altri materiali - principio della batteria non cambia.

Tipi di convertitori fotoelettrici

I pannelli solari industriali sono classificati in base alle loro caratteristiche di design e al tipo di strato fotovoltaico funzionante.

Esistono questi tipi di batterie per tipo di dispositivo:

• pannelli flessibili;
• moduli rigidi.

I pannelli flessibili a film sottile stanno gradualmente occupando una nicchia sempre più grande sul mercato a causa della loro versatilità di montaggio, perché è possibile installarli sulla maggior parte delle superfici con una varietà di forme architettoniche.

Le caratteristiche effettive dei pannelli solari sono generalmente inferiori a quelle indicate nelle istruzioni. Pertanto, prima di installarli a casa, è consigliabile vedere un progetto simile completato da soli

A seconda del tipo di strato fotovoltaico di lavoro, le celle solari sono divise in tali varietà:

1. Silicio: monocristallino, policristallino, amorfo.
2. Tellurio cadmio.
3. A base di selenuro di indio-rame-gallio.
4. Polymer.
5. Organic.
6. A base di arsenuro di gallio.
7. Combinato e multistrato.

Di interesse per il consumatore generale non sono tutti i tipi di pannelli solari, ma solo le prime due sottospecie cristalline.

Sebbene alcuni altri tipi di pannelli abbiano un'alta efficienza, ma a causa dell'elevato costo, non sono ampiamente utilizzati.

Le celle fotovoltaiche al silicio sono abbastanza sensibili al calore. La temperatura di base per misurare la generazione di energia è di 25 ° C. Quando viene aumentato di un grado, l'efficienza dei pannelli diminuisce dello 0,45-0,5%.

Successivamente, verranno esaminati in dettaglio i pannelli solari di maggiore interesse per i consumatori.

Caratteristiche dei pannelli a base di silicio

Il silicio per pannelli solari è realizzato con cristalli di quarzo frantumati a polvere di quarzo. I depositi più ricchi di materie prime sono nella Siberia occidentale e negli Urali medi, quindi le prospettive per questa area di energia solare sono quasi illimitate.

Ancora oggi, i pannelli di silicio cristallino e amorfo occupano già oltre l'80% del mercato. Pertanto, vale la pena considerarli in modo più dettagliato.

Pannelli in silicio monocristallino

I moderni wafer di silicio monocristallino (mono-Si) hanno un colore blu scuro uniforme su tutta la superficie. Per la loro produzione viene utilizzato il silicio più puro. Le fotocellule monocristalline tra tutti i wafer di silicio hanno il prezzo più alto, ma offrono anche la migliore efficienza.

Grandi pannelli solari monocristallini con meccanismi rotanti si adattano perfettamente ai paesaggi desertici. Fornisce le condizioni per la massima produttività.

L'alto costo di produzione è dovuto alla difficoltà di orientare tutti i cristalli di silicio in una direzione. A causa di tali proprietà fisiche dello strato di lavoro, la massima efficienza è garantita solo quando la luce solare è perpendicolare alla superficie della piastra.

Le batterie monocristalline richiedono apparecchiature aggiuntive che le ruotano automaticamente durante il giorno in modo che il piano dei pannelli sia il più perpendicolare ai raggi del sole.

Gli strati di silicio con cristalli orientati su un lato sono tagliati da una barra di metallo cilindrica, quindi i blocchi fotovoltaici finiti hanno la forma di un angolo quadrato arrotondato.

I vantaggi delle batterie al silicio monocristallino includono:

1. Alta efficienza con un valore del 17-25%.
2. densità - un'area più piccola di posizionamento dell'apparecchiatura per unità di potenza, rispetto ai pannelli di silicio policristallino.
3. durabilità - è garantita un'efficienza sufficiente per la generazione di energia fino a 25 anni.

Ci sono solo due svantaggi di tali batterie:

1. Alto costo e lungo rimborso.
2. Sensibilità all'inquinamento. La polvere disperde la luce, pertanto l'efficienza dei pannelli solari rivestiti diminuisce drasticamente.

A causa della necessità di luce solare diretta, cristalli singoli i pannelli solari sono installati principalmente in aree aperte o in altezza. Più l'area si avvicina all'equatore e più giorni ci sono in essa, più preferibile è l'installazione di questo particolare tipo di celle fotovoltaiche.

Pannelli solari policristallini

I pannelli di silicio policristallino (multi-Si) hanno un colore blu irregolare a causa del versatile orientamento dei cristalli. La purezza del silicio utilizzato nella loro produzione è leggermente inferiore a quella degli analoghi a cristallo singolo.

La multidirezionalità dei cristalli offre alta efficienza con luce diffusa - 12-18%. È inferiore rispetto ai cristalli unidirezionali, ma in condizioni nuvolose, tali pannelli sono più efficaci.

L'eterogeneità del materiale porta anche a una riduzione del costo di produzione del silicio. Il metallo purificato per pannelli solari policristallini viene versato negli stampi senza particolari accorgimenti.

Nella produzione, vengono utilizzate tecniche speciali per formare cristalli, ma il loro orientamento non è controllato. Dopo il raffreddamento, il silicio viene tagliato in strati ed elaborato secondo uno speciale algoritmo.

I pannelli policristallini non richiedono un orientamento costante verso il sole, quindi i tetti delle case e degli edifici industriali sono attivamente utilizzati per il loro posizionamento.

Durante il giorno, con nuvolosità leggera, i vantaggi dei pannelli solari al silicio amorfo non saranno evidenti, i loro vantaggi si rivelano solo con nuvole dense o all'ombra (+)

I vantaggi dei pannelli solari con cristalli multidirezionali includono:

1. Ad alte prestazioni alla luce ambientale.
2. Possibilità di installazione fissa sui tetti degli edifici.
3. Costo inferiore rispetto ai pannelli monocristallini.
4. Durata dell'operazione - il calo di efficienza dopo 20 anni di attività è solo del 15-20%.

Gli svantaggi dei pannelli policristallini sono inoltre disponibili:

1. Bassa efficienza con un valore del 12-18%.
2. Ingombro relativo - richiede più spazio per l'installazione per unità di potenza rispetto alle controparti a cristallo singolo.

I pannelli solari policristallini stanno guadagnando una quota di mercato crescente tra le altre batterie al silicio. Ciò è garantito da ampie opportunità potenziali per ridurre i costi della loro produzione. L'efficienza di tali pannelli aumenta anche ogni anno, avvicinandosi rapidamente al 20% per i prodotti di massa.

Pannelli solari al silicio amorfo

Il meccanismo per la produzione di pannelli solari in silicio amorfo è fondamentalmente diverso dalla produzione di celle fotovoltaiche cristalline. Qui non viene utilizzato non metallo puro, ma il suo idruro, i cui vapori caldi si depositano sul substrato.

Come risultato di questa tecnologia, i cristalli classici non si formano e i costi di produzione vengono drasticamente ridotti.

Le fotocellule in silicio amorfo precipitato possono essere montate sia su un substrato polimerico flessibile che su una lastra di vetro rigida

Al momento, ci sono già tre generazioni di pannelli realizzati in silicio amorfo, in ciascuno dei quali l'efficienza è notevolmente aumentata. Se i primi moduli fotovoltaici avevano un'efficienza del 4-5%, ora i modelli di seconda generazione con un'efficienza dell'8-9% vengono venduti in modo massiccio sul mercato.

I pannelli amorfi dell'ultimo sviluppo hanno un'efficienza fino al 12% e stanno già iniziando ad apparire in vendita, ma sono ancora piuttosto costosi.

Grazie alle caratteristiche di questa tecnologia di produzione, è possibile creare uno strato di silicio su un substrato sia rigido che flessibile. Per questo motivo, i moduli di silicio amorfo sono attivamente utilizzati nei moduli solari flessibili a film sottile. Ma le opzioni con supporto elastico sono molto più costose.

La struttura fisico-chimica del silicio amorfo consente il massimo assorbimento di fotoni di luce diffusa debole per generare elettricità. Pertanto, tali pannelli sono convenienti per l'uso nelle aree settentrionali con ampie aree libere.

L'efficienza delle batterie a base di silicio amorfo non diminuisce nemmeno alle alte temperature, sebbene siano inferiori in questo parametro ai pannelli di arsenuro di gallio.

Allo stesso costo delle apparecchiature, i pannelli solari a base di idruro di silicio mostrano prestazioni maggiori rispetto ai loro analoghi singoli e policristallini (+)

Riassumendo, possiamo indicare i seguenti vantaggi dei pannelli solari amorfi:

1. versatilità - la capacità di produrre pannelli flessibili e sottili, montando batterie su qualsiasi forma architettonica.
2. Alta efficienza alla luce ambientale.
3. Lavoro stabile alle alte temperature.
4. Semplicità e affidabilità del design. Tali pannelli praticamente non si rompono.
5. Conservazione delle prestazioni in condizioni difficili - riduzione delle prestazioni in caso di superficie polverosa rispetto agli analoghi cristallini

La durata di tali celle fotovoltaiche, a partire dalla seconda generazione, è di 20-25 anni con una caduta di potenza del 15-20%. Gli svantaggi dei pannelli in silicio amorfo comprendono solo la necessità di aree più grandi per ospitare apparecchiature della potenza richiesta.

Panoramica dei dispositivi senza silicone

Alcuni pannelli solari realizzati con metalli rari e costosi hanno un'efficienza superiore al 30%. Sono molte volte più costosi dei loro omologhi in silicio, ma hanno comunque occupato una nicchia di trading high-tech, grazie alle loro caratteristiche speciali.

Pannelli solari in metallo raro

Esistono diversi tipi di pannelli solari realizzati con metalli rari e non tutti hanno un'efficienza superiore a quella dei moduli al silicio monocristallino.

Tuttavia, la capacità di lavorare in condizioni estreme consente ai produttori di tali pannelli solari di produrre prodotti competitivi e condurre ulteriori ricerche.

I pannelli al tellururo di cadmio sono utilizzati attivamente per affrontare edifici nei paesi equatoriali e arabi, dove la loro superficie si riscalda fino a 70-80 gradi nel pomeriggio

Le principali leghe utilizzate per la produzione di celle fotovoltaiche sono il tellururo di cadmio (CdTe), il selenuro di gallio-rame indio (CIGS) e il selenide di rame-indio (CIS).

Il cadmio è un metallo tossico e indio, gallio e tellurio sono piuttosto rari e costosi, quindi la produzione in serie di pannelli solari basati su di essi è persino teoricamente impossibile.

L'efficienza di tali pannelli è al livello del 25-35%, sebbene in casi eccezionali possa arrivare fino al 40%. In precedenza, erano principalmente utilizzati nell'industria spaziale, ma ora è apparsa una nuova direzione promettente.

A causa del funzionamento stabile di rare celle solari in metallo a temperature di 130-150 ° C, vengono utilizzate nelle centrali solari termiche. In questo caso, i raggi del sole di decine o centinaia di specchi sono concentrati su un piccolo pannello, che genera contemporaneamente elettricità e assicura il trasferimento di energia termica allo scambiatore di calore dell'acqua.

Come risultato del riscaldamento dell'acqua, si forma vapore, che provoca la rotazione della turbina e la generazione di elettricità. Pertanto, l'energia solare viene convertita in energia elettrica contemporaneamente in due modi con la massima efficienza.

Polimeri e analoghi organici

I moduli fotovoltaici basati su composti organici e polimerici hanno iniziato a essere sviluppati solo nell'ultimo decennio, ma i ricercatori hanno già fatto progressi significativi. La compagnia europea mostra i maggiori progressi Heliatek, che ha già dotato diversi grattacieli di pannelli solari organici.

Lo spessore della sua costruzione del film del tipo del rotolo HeliaFilm è solo 1 mm.

Nella fabbricazione di pannelli polimerici vengono utilizzate sostanze come fullereni di carbonio, ftalocianina di rame, polifenilene e altri. L'efficienza di tali celle solari raggiunge già il 14-15% e il costo di produzione è molte volte inferiore rispetto ai pannelli solari cristallini.

Il problema del periodo di degrado dello strato di lavoro organico è acuto. Finora non è possibile confermare in modo affidabile il livello della sua efficienza dopo diversi anni di funzionamento.

I vantaggi dei pannelli solari organici sono:

• la possibilità di smaltimento ecologico;
• basso costo di produzione;
• design flessibile.

Gli svantaggi di tali fotocellule includono l'efficienza relativamente bassa e la mancanza di informazioni affidabili sui periodi di funzionamento stabile dei pannelli. È possibile che tra 5-10 anni scompaiano tutti gli svantaggi delle celle solari organiche e diventino seri concorrenti per i wafer di silicio.

Quale pannello solare scegliere?

La scelta dei pannelli solari per case di campagna a una latitudine di 45-60 ° non è difficile. Qui, vale la pena considerare solo due opzioni: pannelli in silicio policristallino e monocristallino.

Se lo spazio è insufficiente, è preferibile dare la preferenza a modelli più efficienti con orientamento unilaterale dei cristalli, con un'area illimitata si consiglia di acquistare batterie policristalline.

Non si dovrebbe fare affidamento sulle previsioni delle società analitiche per lo sviluppo del mercato dei pannelli solari, perché i loro migliori campioni potrebbero non essere ancora stati inventati

Scegliendo un produttore specifico, la capacità richiesta e le attrezzature aggiuntive sono migliori con la partecipazione di manager di aziende coinvolte nella vendita e installazione di tali apparecchiature. È necessario essere consapevoli del fatto che la qualità e il prezzo dei moduli fotovoltaici presso i maggiori produttori differiscono poco.

Si noti che quando si ordina un set di attrezzature chiavi in ​​mano, il costo dei pannelli solari stessi sarà solo del 30-40% del totale. I periodi di rimborso di tali progetti sono di 5-10 anni e dipendono dal livello di consumo energetico e dalla possibilità di vendere energia elettrica in eccesso alla rete cittadina.

Alcuni artigiani preferiscono assemblare i pannelli solari con le proprie mani. Sul nostro sito sono presenti articoli con una descrizione dettagliata della tecnologia di produzione di tali pannelli, della loro connessione e disposizione dei sistemi solari di riscaldamento.

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Conclusioni e video utili sull'argomento

I video presentati mostrano il funzionamento di vari pannelli solari in condizioni reali. Aiuteranno anche a comprendere le questioni relative alla scelta delle apparecchiature correlate.

Regole per la scelta dei pannelli solari e delle relative apparecchiature:

Tipi di pannelli solari:

Test di pannelli monocristallini e policristallini:

Per la popolazione e le piccole strutture industriali, non esiste una vera alternativa ai pannelli di silicio cristallino. Ma il ritmo di sviluppo di nuovi tipi di pannelli solari ci consente di sperare che presto l'energia del sole diventerà la principale fonte di elettricità in molte case di campagna.

Offriamo a tutti coloro che sono interessati alla questione della scelta e dell'utilizzo dei pannelli solari per lasciare commenti, porre domande e partecipare alle discussioni. Il modulo di contatto si trova nel blocco inferiore.