Hoe zonnepanelen werken
Het ontwerp van een zonnebatterij en het werkingsprincipe hangt af van de materialen en de technologie waarvan deze is gemaakt. Daarom moet u de kenmerken van de belangrijkste opties begrijpen om te begrijpen wat hun verschillen zijn en de juiste oplossing voor gebruik te kiezen. Alle gegevens zijn relevant voor producten van hoge kwaliteit, goedkope batterijen voldoen mogelijk niet aan de opgegeven parameters, omdat ze vaak worden vervaardigd met schendingen van de technologie.
Terminologie
De belangrijkste termen die op dit gebied worden gebruikt:
- Zonne-energie is elektriciteit die bij gebruik van panelen uit de zon wordt gehaald.
- Zonne-instraling - laat zien hoeveel zonlicht er valt op een vierkante meter van een oppervlak dat loodrecht op de stralen staat.
- Fotovoltaïsche cellen zijn modules die zonlicht kunnen omzetten in elektrische energie. Meestal produceren ze 1 tot 2 watt aan energie, maar er zijn ook meer productieve opties.
- Een fotovoltaïsch systeem is een set apparatuur die zonlicht omzet in elektriciteit.
- Zonnepanelen of panelen zijn een groep fotovoltaïsche cellen gegroepeerd in een grote module en in serie of serie-parallel geschakeld. Typisch omvat één batterij 36 tot 40 segmenten.
- Een array is een serie zonnepanelen die met elkaar zijn verbonden om de gewenste hoeveelheid stroom te leveren.
- Framemodules - constructies in een aluminium frame, duurzaam en afgedicht.
- Frameloze elementen zijn flexibele opties, ze worden gebruikt in omstandigheden met lagere belastingen.
- Kilowattuur (kW) is een standaardmeting van elektrisch vermogen.
- Rendement (efficiëntie) - zonnepanelen. Laat zien hoeveel zonne-energie die het oppervlak raakt, wordt omgezet in elektriciteit. Meestal is de indicator 15-24%.
- Degradatie is een afname van het vermogen van zonnepanelen die optreedt door natuurlijke oorzaken. Het wordt gemeten als een percentage van de oorspronkelijke indicatoren.
- Piekbelastingen zijn momenten waarop de grootste hoeveelheid elektriciteit nodig is.
- Kristallijn silicium is de grondstof voor de fabricage van zonnepanelen. De meest voorkomende en duurzame optie voor vandaag.
- Amorf silicium is een samenstelling die door verdamping op het oppervlak wordt afgezet en bedekt met een beschermende samenstelling.
- Halfgeleiders zijn stoffen die onder bepaalde omstandigheden stroom kunnen geleiden. Dit omvat de meeste nieuwe materialen die worden gebruikt bij de vervaardiging van zonnepanelen.
- Een omvormer is een apparaat om gelijkstroom om te zetten in wisselstroom.
- Controller - regelt de uitgangsspanning van de zonnepanelen om de batterijen goed op te laden.
Dit zijn alleen de meest voorkomende termen, er zijn extra opties. Maar zelfs als u de basis kent, kunt u het onderwerp veel beter begrijpen.
Kwaliteitscategorieën
Om de kwaliteit van een zonnepaneel te beoordelen, is het allereerst noodzakelijk om de klasse van grondstoffen te kennen die worden gebruikt voor de productie van fotovoltaïsche cellen. De efficiëntie en levensduur van afgewerkte producten zijn hiervan afhankelijk. 4 hoofdklassen:
- Klasse A - de beste optie, waarbij er geen schade en scheuren zijn. De uniformiteit van de vulling en de gladheid van het oppervlak garanderen hoge prestaties, die vaak zelfs hoger zijn dan vermeld in de documentatie. Bovendien heeft deze optie de laagste degradatiesnelheid en behoudt hij lange tijd goede prestaties.
- Graad B iets slechter van kwaliteit, er kunnen defecten aan het oppervlak zijn. Maar tegelijkertijd maakt het gebruik het meestal mogelijk om producten te verkrijgen die qua efficiëntie vergelijkbaar zijn met klasse A. De degradatie-indicatoren zijn een orde van grootte slechter, daarom verliezen ze hun oorspronkelijke kenmerken sneller.
- Graad C - een optie waarbij er behoorlijk ernstige defecten kunnen zijn - van scheuren tot chips en andere schade. Tegen een prijs zijn dergelijke modules veel goedkoper, maar hun efficiëntie is niet hoger dan 15%. Een goedkope oplossing die geschikt is voor kleine ladingen.
- Graad D - in wezen is dit het afval dat overblijft na de productie van fotovoltaïsche cellen, dat niet mag worden gebruikt om batterijen te maken. Maar veel niet erg eerlijke fabrikanten, vooral uit Azië, gebruiken ze bij de productie. De prestaties van deze optie zijn extreem laag.
Het is beter om de eerste optie te kiezen, in extreme gevallen is de tweede ook geschikt.Alleen zij kunnen een normale efficiëntie bieden en zullen lang dienst doen.
EVA lamineermateriaal is een speciale folie die zich aan de voorzijde bevindt en aan de verkeerde kant kan worden gebruikt. Het belangrijkste doel is om werkende elementen te beschermen tegen nadelige effecten zonder het zonlicht te verstoren. Hoogwaardige opties gaan ongeveer 25 jaar mee, lage kwaliteit - van 5 tot 10. Het is onmogelijk om de variëteit met het oog te bepalen, dus het is gemakkelijker om uit te gaan van de prijs - voor goede opties zal deze niet laag zijn.
In de video begrijpen ze bijvoorbeeld duidelijk hoe een elektrische stroom ontstaat onder invloed van zonlicht.
Werkingsprincipe
Het is vrij moeilijk om de kenmerken van de zonnebatterij uit te leggen, maar u kunt de algemene punten begrijpen:
- Wanneer zonlicht fotocellen raakt, begint daar de vorming van niet-evenwichtige elektron-gatparen.
- Vanwege het teveel aan elektronen beginnen ze zich naar de onderste laag van de halfgeleider te verplaatsen.
- Spanning wordt toegepast op het externe circuit. Een positieve pool verschijnt bij het contact van de p-laag en een negatieve pool verschijnt bij het contact van de n-laag.
- Als er een batterij op de fotocellen wordt aangesloten, ontstaat er een vicieuze cirkel en zorgen constant bewegende elektronen voor een geleidelijke lading van de batterij.
- Conventionele siliciummodules zijn enkelvoudige junctiecellen die alleen stroom kunnen opwekken uit een bepaald spectrum van zonlicht. Hierdoor is het rendement van de apparatuur laag.
- Om het probleem op te lossen, hebben fabrikanten cascade-opties ontwikkeld, ze kunnen energie halen uit verschillende stralen van het zonnespectrum.Dit verhoogt de efficiëntie, maar vanwege de hoge productiekosten is de prijs van dergelijke panelen veel hoger.
- De energie die niet in elektriciteit wordt omgezet, wordt omgezet in warmte, dus zonnepanelen verwarmen tijdens bedrijf tot 55 graden en halfgeleiderbatterijen tot 180. Bovendien neemt naarmate de zonnebatterij opwarmt het rendement van de zonnebatterij af.
Trouwens! Zonnepanelen zijn het meest efficiënt op heldere winterdagen, wanneer er voldoende licht is en de lage temperatuur het oppervlak afkoelt.
Waar zijn ze van gemaakt
Om het apparaat van een zonnebatterij te bestuderen, moet u de belangrijkste variëteiten begrijpen, aangezien de productietechnologie aanzienlijke verschillen vertoont, afhankelijk van de gebruikte grondstoffen:
- Batterijen CdTe. Cadmiumtelluride wordt gebruikt bij de vervaardiging van filmmodules. Een laag van enkele honderden micrometers is voldoende om een rendement in de orde van 11% of iets hoger te krijgen. Dit is eerlijk gezegd een laag cijfer, maar in termen van 1 watt vermogen zijn de elektriciteitskosten minstens 30% goedkoper dan traditionele siliciumopties. Ondanks het feit dat deze variëteit veel dunner en lichter is.
- CIGS-type:. De afkorting betekent dat de samenstelling koper, indium, gallium en selenium omvat. Het blijkt een halfgeleider te zijn, die ook in een klein laagje wordt aangebracht, maar in tegenstelling tot de eerste optie is het rendement hier een orde van grootte hoger en bedraagt 15%.
- GaAs- en InP-typen onderscheidt de mogelijkheid om een dunne laag van 5-6 micron aan te brengen, terwijl het rendement ongeveer 20% zal zijn. Dit is een nieuw woord in technologieën voor het winnen van elektriciteit uit zonlicht.Door de hoge bedrijfstemperaturen kunnen batterijen erg heet worden zonder prestatieverlies. Maar vanwege het feit dat bij de productie zeldzame aardmaterialen worden gebruikt, zijn de kosten van dit type hoog.
- Quantum Dot-batterijen (QDSC). Ze gebruiken quantum dots als absorberend materiaal voor het omzetten van zonne-energie in plaats van traditionele bulkmaterialen. Door de eigenschappen van band gap tuning is het mogelijk om multi-junction modules te maken die zonne-energie efficiënter absorberen.
- amorf silicium toegepast door verdamping en heeft een heterogene structuur. Het heeft geen hoog rendement, maar een homogeen oppervlak absorbeert zelfs verstrooid licht zeer goed.
- Polykristallijn varianten worden gemaakt door silicium te smelten en onder bepaalde omstandigheden af te koelen om unidirectionele kristallen te produceren. Een van de meest voorkomende oplossingen vanwege de lage productiekosten en goede efficiëntie-indicatoren.
- Monokristallijn elementen bestaan uit vaste kristallen die in dunne platen zijn gesneden en gedoteerd met fosfor. De meest duurzame oplossing met lage degradatiesnelheden en een levensduur van minimaal 30 jaar, maar meestal 10-15 jaar langer.
Trouwens! De effectiviteit van een of andere optie hangt af van de productietechnologie, dus deze moet worden verduidelijkt.
Voor- en nadelen van zonnepanelen
Elk type heeft zijn eigen kenmerken waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen om te beslissen welk type het meest geschikt is:
- Monokristallijne panelen hebben het hoogste rendement en hierdoor wordt ruimte bespaard voor het plaatsen van modules. Ze gaan minstens 25 jaar mee en verliezen langzaam aan vermogen. Tegelijkertijd is het oppervlak erg gevoelig voor vuil, het moet vaak worden gewassen. En de prijs is de hoogste van alle op silicium gebaseerde opties.
- Polykristallijne opties absorberen de zonnestralen niet zo efficiënt, maar werken beter bij diffuus licht. Qua prijs-kwaliteitverhouding zijn ze winstgevender, maar nemen ze meer ruimte in door een lager rendement.
- Amorfe siliciumbatterijen kunnen overal worden geplaatst, ook op de muren van gebouwen, omdat ze verstrooid licht goed absorberen. Met een laag rendement hebben ze een lage prijs, zodat ze als voordelige optie kunnen worden gebruikt. Tegelijkertijd gaan ze lang mee en zijn ze niet zo bang voor oppervlakteverontreiniging.
- De opties voor zeldzame aarde hebben vergelijkbare voor- en nadelen, dus u kunt ze samen bekijken. In termen van efficiëntie zijn ze superieur aan klassieke panelen, ze kunnen op de film worden aangebracht, wat handig is. Ze hebben een groter temperatuurbereik, dus verwarming heeft geen invloed op de efficiëntie van het werk. Maar vanwege de hoge prijs en zeldzaamheid van metalen worden dergelijke opties niet veel gebruikt.
Waar worden ze gebruikt?
Alle overwogen opties kunnen in de particuliere sector worden geïnstalleerd om elektriciteit van de zon te ontvangen en energiebronnen te besparen of zelfs volledige autonomie te bereiken. Wat het gebruik betreft, moet u een paar eenvoudige aanbevelingen in overweging nemen:
- Monokristallijne en polykristallijne opties kunnen het beste op het dak of op de grond worden geplaatst, nadat het frame eerder in de gewenste hoek is gebouwd.Het is wenselijk dat de hellingshoek wordt geregeld, zodat u zich kunt aanpassen aan de zon.
- Filmmodules kunnen overal worden geplaatst, zowel op muren als op daken. Ze werken goed, zelfs als de stralen het oppervlak niet in een rechte hoek raken, wat erg belangrijk is.
- Op industriële schaal hebben filmbatterijen ook de voorkeur omdat ze goedkoper en gemakkelijker te installeren zijn.
Er zijn verschillende soorten zonnecellen, maar vanwege hun lage prijs en goede prestaties wordt ongeveer 90% van de markt ingenomen door traditionele siliciummodellen. Je kunt een van de halfgeleideroplossingen kiezen, maar dan ben je anderhalf tot twee keer meer geld kwijt.