Typer af solpaneler: sammenlignende gennemgang af konstruktioner og tips til valg af paneler

Alternativ energi udvikler sig i høj grad i Europa og viser med resultaterne sit potentiale. Nye typer solceller dukker op, og deres virkningsgrad øges.

Hvis du ønsker at forsyne en industribygning eller et boligområde med solenergi, skal du først lære om forskellene i udstyr og forstå, hvilke solpaneler der passer til klimatiske forhold i en bestemt region.

Vi hjælper dig med at forstå dette emne. Artiklen gennemgår princippet bag fotovoltaiske omformere, giver et overblik over forskellige typer solceller med deres egenskaber, fordele og ulemper. Når du har læst materialet, kan du træffe det rigtige valg til at opbygge et effektivt solsystem.

Princippet bag solpaneler

Langt de fleste solpaneler er i fysisk forstand fotovoltaiske omformere. Den elektricitetsgenererende effekt opstår ved halvlederens p-n-overgang.

Det er siliciumpladerne, der udgør grundlaget for omkostningerne ved solpaneler, men hvis de bruges som en døgnkontinuerlig elektricitetskilde, skal du også købe dyre akkumulatorbatterier.

Panelet består af to siliciumplader med forskellige egenskaber. Under påvirkning af lys opstår der i den ene mangel på elektroner og i den anden et overskud. Hver plade har strømaftagende kobberstrimler, som tilsluttes til spændingsomformere.

Et industrielt solpanel består af mange laminerede fotovoltaiske celler, der er sammenføjet og fastgjort på en fleksibel eller stiv bagside.

Udstyrets virkningsgrad afhænger i høj grad af renheden af silicium og orienteringen af dets krystaller. Det er netop disse parametre, ingeniører har forsøgt at forbedre i de seneste årtier. Hovedproblemet er de høje omkostninger ved processerne bag rensning af silicium og placering af krystaller i én retning på hele panelet.

Hvert år øges den maksimale virkningsgrad for forskellige solpaneler, fordi milliarder af dollars investeres i forskning af nye fotovoltaiske materialer (+)

Halvlederne i fotovoltaiske omformere kan ikke kun fremstilles af silicium, men også af andre materialer – batteriets arbejdsprincip ændres ikke herved.

Typer af fotovoltaiske omformere

Industrielle solpaneler klassificeres efter deres konstruktionsmæssige egenskaber og typen af det aktive fotovoltaiske lag.

Man skelner mellem følgende batterityper efter enhedstype:

• fleksible paneler;
• stive moduler.

Fleksible tyndfilmspaneler indtager gradvist en større niche på markedet på grund af deres alsidige montering, da de kan installeres på de fleste overflader med forskellige arkitektoniske former.

De faktiske egenskaber for solpaneler er normalt lavere end dem, der er angivet i vejledningen. Derfor er det tilrådeligt selv at se et lignende gennemført projekt inden installation derhjemme.

Efter typen af det aktive fotovoltaiske lag opdeles solcellebatterier i følgende varianter:

1. Siliciumbaserede: monokrystallinske, polykrystallinske, amorfe.
2. Cadmiumtellurid-baserede.
3. Baseret på indium-kobber-galliumselenid.
4. Polymerbaserede.
5. Organiske.
6. Baseret på galliumarsenid.
7. Kombinerede og flerlags.

Ikke alle typer solpaneler er af interesse for den brede forbruger, kun de to første krystallinske underarter.

Selvom nogle andre paneltyper har højere virkningsgrad, har de ikke fået udbredt anvendelse på grund af høje omkostninger.

Silicium fotovoltaiske celler er ret følsomme over for varme. Basistemperatur til måling af elproduktion er 25 °C. Når den stiger med én grad, falder paneleffektiviteten med 0,45-0,5 %.

Derefter gennemgås solpanelerne, som er af størst forbrugermæssig interesse.

Egenskaber ved siliciumbaserede paneler

Silicium til solceller fremstilles af kvartspulver – formalede kvartskrystaller. De rigeste råmaterialeforekomster findes i Vestsibirien og Mellemural, så perspektiverne for denne retning inden for solenergi er næsten ubegrænsede.

Selv nu udgør krystallinske og amorfe siliciumpaneler allerede over 80 % af markedet. Derfor er det værd at se nærmere på dem.

Monokrystallinske siliciumpaneler

Moderne monokrystallinske siliciumplader (mono-Si) har en jævn mørkeblå farve over hele overfladen. Til deres produktion anvendes det reneste silicium. Monokrystallinske fotoceller har blandt alle siliciumplader den højeste pris, men giver også den bedste effektivitet.

Store monokrystallinske solpaneler med drejemekanismer passer perfekt ind i ørkenlandskaber. Der sikres forholdene for maksimal produktion.

Den høje produktionsomkostning skyldes kompleksiteten ved at orientere alle siliciumkrystaller i én retning. På grund af sådanne fysiske egenskaber ved det aktive lag opnås maksimal effektivitet kun, når solens stråler falder vinkelret på pladens overflade.

Monokrystallinske batterier kræver ekstra udstyr, der automatisk drejer dem i løbet af dagen, så panelets plan er så vinkelret som muligt på solens stråler.

Lag af silicium med ensidigt orienterede krystaller skæres ud fra en cylindrisk metalblok, så de færdige fotovoltaiske blokke har form af en firkant med afrundede hjørner.

Fordelene ved monokrystallinske siliciumbatterier omfatter:

1. Høj effektivitet med en værdi på 17-25%.
2. Kompakthed – mindre installationsareal pr. effektenhed sammenlignet med polykrystallinske siliciumpaneler.
3. Holdbarhed – tilstrækkelig effektivitet til elproduktion sikres i op til 25 år.

Der er kun to ulemper ved sådanne batterier:

1. Høj pris og lang tilbagebetalingstid.
2. Følsomhed over for tilsmudsning. Støv spreder lyset, så effektiviteten af solpaneler dækket af det falder kraftigt.

På grund af behovet for direkte sollys installeres monokrystallinske solpaneler hovedsageligt på åbne områder eller i højden. Jo tættere et område er på ækvator, og jo flere soldage det har, desto mere foretrækkes installation af netop denne type fotovoltaiske elementer.

Polykrystallinske solceller

Polykrystallinske siliciumpaneler (multi-Si) har en ujævn intensitet af blå farve på grund af den forskellige orientering af krystallerne. Renheden af det silicium, der anvendes i deres produktion, er lidt lavere end for monokrystallinske modstykker.

Krystallernes forskellige orientering sikrer en høj virkningsgrad i spredt lys – 12-18%. Den er lavere end i ensrettede krystaller, men under overskyet vejr er sådanne paneler mere effektive.

Materialets inhomogenitet fører også til lavere produktionsomkostninger for silicium. Det rensede metal til polykrystallinske solpaneler hældes i forme uden større anstrengelser.

I produktionen anvendes særlige tekniske metoder til at danne krystaller, men deres orientering kontrolleres ikke. Efter afkøling skæres siliciumet i lag og behandles efter en særlig algoritme.

Polykrystallinske paneler kræver ikke konstant orientering mod solen, derfor anvendes tage på huse og industribygninger aktivt til deres placering.

Om dagen ved let overskyet vejr vil fordelene ved solpaneler af amorft silicium ikke være mærkbare; deres styrker kommer kun frem under tætte skyer eller i skygge (+)

Fordelene ved solceller med forskelligt orienterede krystaller omfatter:

1. Høj effektivitet under spredt lys.
2. Mulighed for stationær montering på bygningstage.
3. Lavere pris sammenlignet med monokrystallinske paneler.
4. Driftstid – effektivitetsfald efter 20 års drift er kun 15-20%.

Polykrystallinske paneler har også ulemper:

1. Lavere effektivitet med en værdi på 12-18%.
2. Relativ omfangsrighed – kræver mere plads til installation pr. effektenhed sammenlignet med monokrystallinske modstykker.

Polykrystallinske solpaneler vinder en stigende markedsandel blandt andre siliciumbaserede solceller. Dette muliggøres af de brede potentialer for at reducere produktionsomkostningerne. Hvert år øges virkningsgraden af sådanne paneler også og nærmer sig hurtigt 20% for masseproducerede produkter.

Solpaneler af amorft silicium

Produktionsmekanismen for solpaneler af amorft silicium adskiller sig grundlæggende fra fremstillingen af krystallinske fotoelektriske elementer. Her anvendes ikke rent ikke-metal, men dets hydrid, hvis varme damper afsættes på et substrat.

Som følge af denne teknologi dannes der ikke klassiske krystaller, og produktionsomkostningerne falder kraftigt.

Fotoelementer af deponeret amorft silicium kan monteres både på et fleksibelt polymersubstrat og på et hårdt glasark.

Der findes allerede tre generationer af amorft siliciumpaneler, hvor hver generation har markant højere effektivitet. Mens de første fotovoltaiske moduler havde en effektivitet på 4-5%, sælges der nu massivt anden generations modeller med en effektivitet på 8-9%.

Amorfe paneler af den seneste udvikling har en effektivitet på op til 12% og begynder nu at dukke op i handelen, men de er stadig ret dyre.

På grund af denne produktionsteknologis særlige forhold kan siliciumlaget skabes på både et hårdt og et fleksibelt substrat. Derfor bruges amorft siliciummoduler aktivt i fleksible tyndfilmssolmoduler. Men varianter med elastisk substrat er meget dyrere.

Den fysisk-kemiske struktur af amorft silicium muliggør maksimal absorption af fotoner fra svagt spredt lys til elproduktion. Derfor er sådanne paneler velegnede til brug i nordlige områder med store åbne arealer.

Effektiviteten af batterier baseret på amorft silicium falder heller ikke ved høje temperaturer, selvom de er dårligere på dette parameter sammenlignet med galliumarsenid-paneler.

Ved samme udstyrskostnader viser solpaneler af siliciumhydrid højere ydeevne end deres mono- og polykrystallinske modstykker (+)

Sammenfattende kan følgende fordele ved amorfe solpaneler nævnes:

1. Alsidighed – mulighed for at fremstille fleksible og tynde paneler, montering af batterier på alle arkitektoniske former.
2. Høj effektivitet i spredt lys.
3. Stabil drift ved høje temperaturer.
4. Enkel og pålidelig konstruktion. Disse paneler går stort set aldrig i stykker.
5. Fortsat funktion under vanskelige forhold – mindre ydeevnetab ved støvet overflade end hos krystallinske modstykker.

Levetiden for sådanne fotoelektriske elementer, fra anden generation og frem, er 20-25 år med et effekttab på 15-20%. Ulemperne ved amorft siliciumpaneler kan kun siges at være behovet for større arealer til placering af udstyr med den krævede effekt.

Oversigt over ikke-silicium-enheder

Nogle solpaneler, fremstillet med sjældne og dyre metaller, har en effektivitet på over 30%. De er flere gange dyrere end deres silicium-modstykker, men har alligevel indtaget en højteknologisk niche takket være deres særlige egenskaber.

Solpaneler af sjældne metaller

Der findes flere typer solpaneler af sjældne metaller, og ikke alle har højere effektivitet end monokrystallinske siliciummoduler.

Men evnen til at arbejde under ekstreme forhold gør det muligt for producenter af sådanne solpaneler at producere konkurrencedygtige produkter og udføre yderligere forskning.

Cadmiumtellurid-paneler bruges aktivt til beklædning af bygninger i ækvatoriale og arabiske lande, hvor deres overflade opvarmes til 70-80 grader om dagen.

De vigtigste legeringer, der anvendes til fremstilling af fotovoltaiske celler, er cadmiumtellurid (CdTe), indium-kobber-gallium-selenid (CIGS) og indium-kobber-selenid (CIS).

Cadmium er et giftigt metal, og indium, gallium og tellur er ret sjældne og dyre, så masseproduktion af solpaneler baseret på dem er selv teoretisk umulig.

Effektiviteten af sådanne paneler ligger på 25-35%, selvom den i undtagelsestilfælde kan nå op på 40%. Tidligere blev de hovedsageligt brugt i rumfartsindustrien, men nu er der opstået en ny lovende retning.

På grund af den stabile drift af solceller af sjældne metaller ved temperaturer på 130-150°C bruges de i solvarmekraftværker. Solens stråler fra snesevis eller hundredvis af spejle koncentreres på en lille panel, som samtidig genererer elektricitet og overfører varmeenergi til en vandvarmeveksler.

Som resultat af opvarmning af vand dannes damp, som får en turbine til at rotere og generere elektricitet. Således omdannes solenergi til elektrisk energi på to måder samtidigt med maksimal effektivitet.

Polymer- og organiske analoger

Fotovoltaiske moduler baseret på organiske og polymere forbindelser er først begyndt at blive udviklet i det seneste årti, men forskere har allerede opnået betydelige fremskridt. Den største fremgang demonstreres af det europæiske firma Heliatek, som allerede har udstyret flere højhuse med organiske solpaneler.

Tykkelsen af dens rullefilmkonstruktion af typen HeliaFilm er kun 1 mm.

Ved fremstilling af polymerpaneler anvendes stoffer som carbonfullerener, kobberftalocyanin, polyfenylen og andre. Effektiviteten af sådanne solceller når allerede 14-15%, og produktionsomkostningerne er flere gange lavere end for krystallinske solpaneler.

Spørgsmålet om nedbrydningstiden for det organiske aktive lag er presserende. Indtil videre er det ikke muligt pålideligt at bekræfte dets effektivitetsniveau efter flere års drift.

Fordelene ved organiske solpaneler er:

• muligheden for miljøsikker bortskaffelse;
• lave produktionsomkostninger;
• fleksibel konstruktion.

Til ulemperne ved sådanne solceller kan nævnes relativt lav effektivitet og mangel på pålidelig information om panelernes stabile driftstid. Måske vil alle ulemperne ved organiske solceller forsvinde om 5-10 år, og de bliver seriøse konkurrenter til siliciumplader.

Hvilket solpanel skal du vælge?

Valg af solpaneler til sommerhuse på breddegrad 45-60° er ikke svært. Her bør man kun overveje to muligheder: polykrystallinske og monokrystallinske siliciumpaneler.

Ved pladsmangel bør man foretrække mere effektive modeller med ensrettet krystalorientering; hvis pladsen er ubegrænset, anbefales det at købe polykrystallinske batterier.

Man bør ikke navigere efter prognoser fra analytiske virksomheder om solpanelmarkedets udvikling, for de bedste modeller er måske endnu ikke opfundet.

Det er bedst at vælge en specifik producent, den nødvendige effekt og ekstraudstyr med hjælp fra ledere i virksomheder, der sælger og installerer sådant udstyr. Man skal vide, at kvaliteten og prisen på fotovoltaiske moduler hos de største producenter adskiller sig lidt.

Man skal være opmærksom på, at når man bestiller et komplet udstyrspakke, udgør prisen på selve solpanelerne kun 30-40% af det samlede beløb. Tilbagebetalingstiden for sådanne projekter er 5-10 år og afhænger af energiforbruget og muligheden for at sælge overskydende elektricitet til bynettet.

Nogle håndværkere foretrækker at samle solcellebatterier selv. På vores hjemmeside findes der artikler med detaljeret beskrivelse af teknologien til fremstilling af sådanne paneler, deres tilslutning og opsætning af solvarmesystemer.

Vi anbefaler at læse:

1. Sådan laver du et solpanel selv: vejledning i gør-det-selv samling
2. Solopvarmningssystemer: gennemgang af teknologier til installation af opvarmning baseret på solsystemer
3. Tilslutningsdiagram for solpaneler: til laderegulator, batteri og tilknyttede systemer

Konklusioner og nyttig video om emnet

De præsenterede videoer viser forskellige solpanelets funktion under virkelige forhold. De vil også hjælpe med at forstå spørgsmål om valg af tilbehør.

Regler for valg af solpaneler og tilbehør:

Typer af solpaneler:

Test af monokrystallinsk og polykrystallinsk panel:

For befolkningen og små industrielle anlæg er der endnu intet reelt alternativ til krystallinske siliciumpaneler. Men udviklingshastigheden for nye typer solcellebatterier giver håb om, at solenergi snart bliver den primære strømkilde i mange sommerhuse.

Alle, der er interesseret i spørgsmål om valg og brug af solcellebatterier, opfordres til at efterlade kommentarer, stille spørgsmål og deltage i diskussioner. Kontaktformularen findes i det nederste afsnit.