代替エネルギーはヨーロッパで可能な限り開発されており、その約束の結果を示しています。新しいタイプのソーラーパネルが登場し、効率が向上しています。
太陽のエネルギーによる産業用建物や建物の操作を確実にしたい場合は、最初に機器の違いについて学び、特定の地域の気候条件に適した太陽電池パネルを理解する必要があります。
この問題を理解するのに役立ちます。この記事では、太陽光発電コンバータの動作原理について説明し、さまざまなタイプのソーラーパネルの概要と、それらの特性、利点、欠点を示します。材料を確認したら、効果的なソーラーシステムを配置するための正しい選択を行うことができます。
ソーラーパネルの動作原理
物理的な意味でのソーラーパネルの大部分は光電変換器です。発電効果は半導体のpn接合部で発生します。
ソーラーパネルのコストの基礎を形成するのはシリコンウェーハですが、24時間電源として使用する場合は、高価なバッテリーを追加購入する必要があります。
パネルは、特性の異なる2つのシリコンウェーハで構成されています。それらのうちの1つの光の影響下で、電子の欠如があり、もう1つにはそれらの過剰があります。各プレートには、電圧コンバータに接続する銅のコレクタストリップがあります。
産業用ソーラーパネルは、互いに結合され、フレキシブルまたはリジッド基板に取り付けられた多数のラミネートされた光電池から構成されます。
装置の効率は、シリコンの純度とその結晶の向きに大きく依存します。エンジニアがここ数十年で改善しようとしてきたのは、これらのパラメータです。この場合の主な問題は、シリコンの精製の基礎となるプロセスのコストが高く、パネル全体で一方向に結晶が配置されることです。
新しい太陽光発電材料の研究に数十億ドルが投資されているため、さまざまなソーラーパネルの最大効率は毎年向上します(+)
光電変換器の半導体は、シリコンだけでなく他の材料からも作ることができます-バッテリーの動作原理は変わりません。
光電変換器の種類
産業用ソーラーパネルは、設計上の特徴と機能する光起電層の種類によって分類されます。
これらの種類の電池をデバイスの種類で区別します。
- 柔軟なパネル;
- 剛性モジュール。
さまざまな建築形態のほとんどの表面に設置できるため、柔軟な薄膜パネルは、その取り付けの多様性により、市場でますます大きなニッチを占めています。
ソーラーパネルの実際の特性は、通常、指示に示されているものよりも低くなっています。したがって、それらを自宅にインストールする前に、同様の完成したプロジェクトを自分で確認することをお勧めします
機能する太陽光発電層の種類に応じて、太陽電池は次のような種類に分類されます。
- シリコン:単結晶、多結晶、アモルファス。
- テルルカドミウム。
- インジウム銅ガリウムセレン化物に基づいています。
- ポリマー。
- オーガニック
- ガリウムヒ素に基づいています。
- 組み合わせて多層。
一般消費者が関心を持っているのは、すべてのタイプのソーラーパネルではなく、最初の2つの結晶亜種だけです。
他のいくつかのタイプのパネルは高効率ですが、コストが高いため、広く使用されていません。
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単結晶太陽電池の配列
シリコン多結晶ソーラーパネル
フィルム状のソーラーパネル
インジウム銅ガリウムセレン化物からの太陽電池
ガリウムヒ素フォトセル
テルル化カドミウムソーラーパネル
有機ソーラーパネルの生産
ポリエステル製ソーラーパネル
シリコン太陽電池は熱に非常に敏感です。発電量測定の基準温度は25℃です。それが1度増加すると、パネルの効率は0.45-0.5%減少します。
次に、消費者の関心が最も高いソーラーパネルについて詳しく検討します。
シリコンベースのパネルの特徴
ソーラーパネル用のシリコンは、石英粉末-砕かれた水晶から作られています。原材料の最も豊富な堆積物は西シベリアと中部ウラルにあるため、太陽エネルギーのこの方向性の見通しは事実上無制限です。
現在でも、結晶シリコンパネルとアモルファスシリコンパネルはすでに市場の80%以上を占めています。したがって、より詳細に検討する価値があります。
単結晶シリコンパネル
最新の単結晶シリコンウェーハ(mono-Si)は、表面全体に均一な濃い青色をしています。その製造には、最も純粋なシリコンが使用されます。すべてのシリコンウェーハの中で単結晶フォトセルは最高の価格ですが、最高の効率も提供します。
回転機構を備えた大型の単結晶ソーラーパネルは、砂漠の景観に完全に適合します。それは最大の生産性のための条件を提供します。
製造コストが高いのは、すべてのシリコン結晶を一方向に配向することが難しいためです。作業層のこのような物理的特性により、太陽光がプレートの表面に対して垂直である場合にのみ、最大の効率が保証されます。
単結晶電池には、パネルの面が太陽光線にできるだけ垂直になるように、日中に自動的に回転させる追加の機器が必要です。
片面配向結晶のシリコン層は、円筒形の金属棒から切り出されるため、完成した太陽光発電ブロックは、角が丸みを帯びた正方形の形をしています。
単結晶シリコン電池の利点は次のとおりです。
- 高効率 値は17-25%です。
- コンパクトさ -多結晶シリコンパネルと比較して、電力の単位あたりの機器配置が少ない。
- 耐久性 ・25年まで十分な発電効率が得られます。
このようなバッテリーには2つの欠点があります。
- 高価 そして長い投資回収。
- 汚染に対する感度。ほこりは光を散乱させるため、コーティングされたソーラーパネルの効率は急激に低下します。
直射日光が必要なため、単結晶ソーラーパネルは主に屋外や高所に設置されます。赤道に近いほど、晴れの日が多いほど、この特定のタイプの太陽電池の設置はより好ましい。
多結晶ソーラーパネル
多結晶シリコンパネル(マルチSi)は、結晶の用途が広いため、色むらがあります。それらの製造に使用されるシリコンの純度は、単結晶アナログの純度よりもわずかに低くなっています。
結晶の多方向性により、散乱光の効率が12-18%高くなります。一方向の結晶よりも低いですが、曇りの天候ではこのようなパネルがより効果的です。
材料の不均一性は、シリコン製造コストの削減にもつながります。多結晶ソーラーパネル用の精製金属は、特別な手間をかけずに金型に注がれます。
製造では、結晶の形成に特別な技術が使用されますが、その方向は制御されません。冷却後、シリコンは層にカットされ、特別なアルゴリズムに従って処理されます。
多結晶パネルは太陽に向けた一定の向きを必要としないため、家屋や産業用建物の屋根がその配置に積極的に使用されています。
薄曇りの日中、アモルファスシリコンソーラーパネルの利点は目立ちません。それらの利点は、濃い雲または日陰でのみ明らかになります(+)
多方向結晶を備えたソーラーパネルの利点は次のとおりです。
- 高効率 周囲光条件で。
- 据え付け設置の可能性 建物の屋根の上。
- より低いコストで 単結晶パネルと比較して。
- 運転時間 -20年間の稼働後の効率の低下は、わずか15〜20%です。
多結晶パネルの欠点も利用できます。
- 低効率 値は12〜18%です。
- 相対的なかさ高さ -単結晶の対応物と比較して、電力の単位あたりのインストールにはより多くのスペースが必要です。
多結晶ソーラーパネルは、他のシリコンバッテリーの中で市場シェアを拡大しています。これは、製造コストを削減するための幅広い潜在的な機会によって保証されます。そのようなパネルの効率も毎年増加しており、大量生産製品では急速に20%に達しています。
アモルファスシリコンソーラーパネル
アモルファスシリコン太陽電池パネルの製造メカニズムは、結晶太陽電池の製造とは根本的に異なります。ここでは純粋な非金属を使用していませんが、その水素化物は高温の蒸気が基板に付着します。
この技術の結果、古典的な結晶は形成されず、製造コストが大幅に削減されます。
沈殿したアモルファスシリコンフォトセルは、柔軟なポリマー基板と硬質ガラスシートの両方に取り付けることができます
現在、アモルファスシリコン製のパネルはすでに3世代あり、それぞれのパネルで効率が大幅に向上しています。最初の太陽電池モジュールの効率が4〜5%だった場合、現在、8〜9%の効率の第2世代モデルが市場で大量に販売されています。
最新開発のアモルファスパネルは最大12%の効率があり、すでに販売され始めていますが、それでも非常に高価です。
この製造技術の特徴により、リジッド基板とフレキシブル基板の両方にシリコン層を作成することが可能です。このため、アモルファスシリコンモジュールは、柔軟な薄膜太陽電池モジュールで積極的に使用されています。ただし、弾性バッキングを使用するオプションははるかに高価です。
アモルファスシリコンの物理化学構造により、弱い散乱光の光子を最大限に吸収して電気を発生させることができます。したがって、そのようなパネルは、広い自由区域がある北部地域での使用に便利です。
アモルファスシリコンベースのバッテリーの効率は高温でも低下しませんが、このパラメーターはヒ化ガリウムパネルに劣ります。
装置と同じコストで、水素化ケイ素で作られたソーラーパネルは、単結晶および多結晶のアナログ(+)よりも優れた性能を発揮します。
要約すると、アモルファスソーラーパネルの次の利点を示します。
- 汎用性 -柔軟で薄いパネルの製造、バッテリーをあらゆる建築形態に取り付ける可能性。
- 高効率 環境光の中で。
- 安定した仕事 高温で。
- 設計のシンプルさと信頼性。そのようなパネルは実際には壊れません。
- 困難な状況でのパフォーマンスの維持 -結晶性の類似物よりもほこりっぽい表面でのパフォーマンスの低下が少ない
そのような太陽電池の耐用年数は、第2世代から始まり、15〜20%の電力低下で20〜25年です。アモルファスシリコンパネルの短所は、必要な電力の機器に対応するために、より広い領域が必要なことだけです。
シリコンフリーデバイスの概要
希少で高価な金属を使用して作られた一部のソーラーパネルは、30%以上の効率を持っています。それらはシリコンの同等のものより何倍も高価ですが、それにもかかわらず、それらは特別な特性のおかげでハイテク取引ニッチを占めています。
レアメタルソーラーパネル
レアメタルを使用したソーラーパネルにはいくつかの種類があり、すべてが単結晶シリコンモジュールよりも効率が高いわけではありません。
ただし、極端な条件で作業できるため、このようなソーラーパネルの製造業者は競争力のある製品を製造し、さらに研究を行うことができます。
テルル化カドミウムパネルは、赤道およびアラビアの国の建物の外装に積極的に使用されており、午後には表面が70〜80度に加熱されます。
太陽電池の製造に使用される主な合金は、テルル化カドミウム(CdTe)、セレン化銅インジウムガリウム(CIGS)、セレン化銅インジウム(CIS)です。
カドミウムは有毒金属であり、インジウム、ガリウム、テルルは非常にまれで高価であるため、それらに基づくソーラーパネルの大量生産は理論的にも不可能です。
このようなパネルの効率は25〜35%のレベルですが、例外的なケースでは最大40%に達することがあります。以前は主に宇宙産業で使用されていましたが、現在は新しい有望な方向が現れています。
レアメタル太陽電池は130〜150℃の温度で安定して動作するため、太陽熱発電所で使用されています。この場合、数十枚または数百枚のミラーからの太陽光線は、同時に電気を生成し、水熱交換器への熱エネルギーの伝達を確実にする小さなパネルに集中します。
水を加熱すると蒸気が発生し、タービンが回転して発電します。したがって、太陽エネルギーは、最大効率で2つの方法で同時に電気エネルギーに変換されます。
ポリマーおよび有機類似体
有機化合物と高分子化合物に基づく太陽光発電モジュールは、過去10年間に開発され始めましたが、研究者はすでに大きな進歩を遂げています。ヨーロッパの会社が最も進歩している Heliatekすでにいくつかの高層ビルに有機太陽電池パネルが装備されています。
ロール型フィルム構造の厚み ヘリアフィルム わずか1 mmです。
ポリマーパネルの製造では、カーボンフラーレン、銅フタロシアニン、ポリフェニレンなどの物質が使用されます。このような太陽電池の効率はすでに14〜15%に達しており、生産コストは結晶太陽電池パネルの数分の1です。
有機作業層の劣化期間の問題は深刻です。これまでのところ、数年の運用後の効率レベルを確実に確認することはできません。
有機太陽電池パネルの利点は次のとおりです。
- 環境に配慮した廃棄の可能性;
- 低生産コスト;
- 柔軟なデザイン。
そのようなフォトセルの欠点には、比較的低い効率と、パネルの安定した動作の期間に関する信頼できる情報の欠如が含まれます。 5〜10年後には、有機太陽電池のすべての欠点がなくなり、シリコンウェーハの深刻な競争相手になる可能性があります。
どの太陽電池パネルを選択しますか?
45-60°の緯度でカントリーハウスのソーラーパネルを選択することは難しくありません。ここでは、多結晶シリコンパネルと単結晶シリコンパネルの2つのオプションのみを検討する価値があります。
スペースが不足している場合は、結晶の片面配向のより効率的なモデルを優先することをお勧めします。面積が無制限の多結晶電池を購入することをお勧めします。
太陽電池パネル市場の発展については、分析会社の予測に頼るべきではありません。最高のサンプルがまだ発明されていない可能性があるためです。
特定の製造業者を選択すると、必要な容量と追加の機器は、そのような機器の販売と設置に関与する企業の管理者の参加を得てより良くなります。最大のメーカーの太陽光発電モジュールの品質と価格にはほとんど違いがないことに注意してください。
ターンキー設備一式を注文する場合、ソーラーパネル自体のコストは全体のわずか30〜40%になることに注意してください。このようなプロジェクトの投資回収期間は5〜10年であり、エネルギー消費のレベルと過剰な電力を都市のネットワークに販売する可能性によって異なります。
一部の職人は、自分の手でソーラーパネルを組み立てることを好みます。私たちのサイトには、そのようなパネルの製造技術、それらの接続、および暖房用太陽電池システムの配置の詳細な説明がある記事があります。
以下について理解することをお勧めします。
- 自分の手で太陽電池を作る方法:自己組立説明書
- ソーラー暖房システム:ソーラーシステムに基づく暖房技術の分析
- ソーラーパネルの接続図:コントローラー、バッテリー、サービスシステムへ
提示されたビデオは、実際の状態でのさまざまなソーラーパネルの動作を示しています。また、関連機器の選択に関する問題を理解するのにも役立ちます。
ソーラーパネルと関連機器を選択するためのルール:
太陽電池パネルのタイプ:
単結晶および多結晶パネルのテスト:
人口と小規模な産業施設にとって、結晶シリコンパネルに代わる真の選択肢はまだありません。しかし、新しいタイプのソーラーパネルの開発のペースにより、太陽のエネルギーが多くのカントリーハウスの主な電力源になることを期待できます。
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