Tipologie di pannelli solari: rassegna comparativa di progetti e consigli per la scelta dei pannelli

L'energia alternativa si sta sviluppando al massimo in Europa, dimostrando le sue promesse con risultati.Stanno comparendo nuovi tipi di pannelli solari e la loro efficienza è in aumento.

Se vuoi garantire il funzionamento di un edificio industriale o di un locale residenziale utilizzando l'energia solare, devi prima conoscere le differenze tra le apparecchiature e capire quali pannelli solari sono adatti alle condizioni climatiche di una particolare regione.

Ti aiuteremo a risolvere questo problema. L'articolo discute il principio di funzionamento dei convertitori fotoelettrici e fornisce una panoramica dei diversi tipi di celle solari indicandone caratteristiche, vantaggi e svantaggi. Dopo aver familiarizzato con il materiale, sarai in grado di fare la scelta giusta per organizzare un sistema solare efficace.

Il principio di funzionamento dei pannelli solari

La stragrande maggioranza dei pannelli solari sono, in senso fisico, convertitori fotovoltaici. L'effetto di generazione elettrica si verifica nel sito della giunzione p-n del semiconduttore.

Sono i wafer di silicio che costituiscono la base del costo dei pannelli solari, ma quando li si utilizza come fonte di elettricità 24 ore su 24, sarà necessario acquistare anche batterie costose

Il pannello è costituito da due wafer di silicio con proprietà diverse. Sotto l'influenza della luce, uno di loro sviluppa una mancanza di elettroni e l'altro un eccesso.Ogni piastra ha strisce conduttrici in rame collegate a convertitori di tensione.

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

L'efficienza dell'apparecchiatura 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 è l'alto costo dei processi che sono alla base della purificazione del silicio e della disposizione dei cristalli in una direzione in tutto il pannello.

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

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

Tipi di convertitori fotoelettrici

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

Esistono questi tipi di batterie in base al tipo di dispositivo:

• pannelli flessibili;
• moduli rigidi.

I pannelli flessibili a film sottile stanno gradualmente occupando una nicchia sempre più ampia nel mercato grazie alla loro versatilità di montaggio, perché possono essere installati sulla maggior parte delle superfici con una varietà di forme architettoniche.

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

In base al tipo di strato fotovoltaico funzionante, le batterie solari si dividono nelle seguenti tipologie:

1. Silicio: monocristallino, policristallino, amorfo.
2. Tellurio-cadmio.
3. A base di seleniuro di indio-rame-gallio.
4. Polimero.
5. Biologico.
6. A base di arseniuro di gallio.
7. Combinato e multistrato.

Non tutti i tipi di pannelli solari interessano il consumatore generale, ma solo i primi due sottotipi cristallini.

Sebbene altri tipi di pannelli abbiano un’elevata efficienza, non sono ampiamente utilizzati a causa del loro costo elevato.

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

Successivamente verranno discussi in dettaglio i pannelli solari che sono di maggiore interesse per i consumatori.

Caratteristiche dei pannelli a base di silicio

Il silicio per celle solari è costituito da polvere di quarzo - cristalli di quarzo macinati. I giacimenti più ricchi di materie prime si trovano nella Siberia occidentale e negli Urali medi, quindi le prospettive per quest'area di energia solare sono quasi illimitate.

Già oggi i pannelli in silicio cristallino e amorfo occupano 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 celle solari monocristalline hanno il prezzo più alto tra tutti i wafer di silicio, ma forniscono anche la migliore efficienza.

Grandi pannelli solari monocristallini con meccanismi rotanti si inseriscono perfettamente nei paesaggi desertici. Ci sono le condizioni per la massima produttività

L'alto costo di produzione è dovuto alla difficoltà di orientare tutti i cristalli di silicio nella stessa direzione. A causa di queste proprietà fisiche dello strato di lavoro, la massima efficienza è garantita solo quando i raggi del sole sono perpendicolari alla superficie della piastra.

Le batterie monocristalline necessitano di apparecchiature aggiuntive che le ruotino automaticamente durante il giorno in modo che il piano dei pannelli sia il più perpendicolare possibile ai raggi solari.

Strati di silicio con cristalli unilaterali vengono tagliati da un blocco cilindrico di metallo, quindi i blocchi fotovoltaici finiti sembrano un quadrato arrotondato agli angoli.

I vantaggi delle batterie al silicio monocristallino includono:

1. Alta efficienza con un valore del 17-25%.
2. Compattezza - area dell'apparecchiatura inferiore per unità di potenza rispetto ai pannelli in silicio policristallino.
3. Durabilità — sia garantita un'efficienza sufficiente della produzione di energia elettrica per un periodo massimo di 25 anni.

Ci sono solo due svantaggi di tali batterie:

1. Alto prezzo e rimborso a lungo termine.
2. Sensibilità all'inquinamento. La polvere disperde la luce, quindi l'efficienza dei pannelli solari rivestiti con essa diminuisce drasticamente.

A causa della necessità di luce solare diretta, monocristallino pannelli solari in fase di installazione principalmente in aree aperte o in quota. Più la zona è vicina all'equatore e più sono le giornate soleggiate, più è preferibile installare questa particolare tipologia di elementi fotovoltaici.

Celle solari policristalline

I pannelli in silicio policristallino (multi-Si) hanno un colore blu di intensità non uniforme a causa dell'orientamento diversificato dei cristalli. La purezza del silicio utilizzato nella loro produzione è leggermente inferiore a quella degli analoghi monocristallini.

I cristalli multidirezionali forniscono un'elevata efficienza nella luce diffusa - 12-18%.È inferiore rispetto ai cristalli unidirezionali, ma in condizioni meteorologiche nuvolose tali pannelli sono più efficaci.

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

Nella produzione vengono utilizzate tecniche speciali per formare i cristalli, ma la loro direzionalità non è controllata. Dopo il raffreddamento, il silicio viene tagliato a strati e lavorato secondo uno speciale algoritmo.

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

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

I vantaggi delle celle solari con cristalli multidirezionali includono:

1. Alta efficienza in condizioni di luce diffusa.
2. Possibilità di installazione permanente sui tetti degli edifici.
3. Costo più basso rispetto ai pannelli monocristallini.
4. Durata dell'operazione — il calo di efficienza dopo 20 anni di funzionamento è solo del 15-20%.

I pannelli policristallini presentano anche degli svantaggi:

1. Efficienza ridotta con un valore del 12-18%.
2. Ingombro relativo — è necessario più spazio di installazione per unità di potenza rispetto agli analoghi monocristallini.

I pannelli solari policristallini stanno guadagnando una quota di mercato crescente tra le altre batterie al silicio. Ciò è garantito dalle ampie opportunità potenziali per ridurre i costi di produzione.Anche l'efficienza di tali pannelli aumenta ogni anno, avvicinandosi rapidamente al 20% per i prodotti prodotti in serie.

Pannelli solari in silicio amorfo

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

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

Le celle solari in silicio amorfo depositate possono essere montate su un substrato polimerico flessibile o su una lastra di vetro rigida

Al momento esistono già tre generazioni di pannelli in silicio amorfo, ognuna delle quali aumenta significativamente l'efficienza. Se i primi moduli fotovoltaici avevano un'efficienza del 4-5%, ora sono ampiamente venduti sul mercato i modelli di seconda generazione con un'efficienza dell'8-9%.

Gli ultimi pannelli amorfi 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 produttiva è possibile realizzare uno strato di silicio sia su un substrato rigido che flessibile. Per questo motivo, i moduli in silicio amorfo vengono utilizzati attivamente 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 dei fotoni della debole luce diffusa per generare elettricità. Pertanto, tali pannelli sono convenienti per l'uso nelle regioni 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 arseniuro di gallio.

A parità di costo dell'apparecchiatura, i pannelli solari all'idruro di silicio mostrano prestazioni migliori rispetto ai loro omologhi mono e policristallini (+)

Riassumendo possiamo evidenziare i seguenti vantaggi dei pannelli solari amorfi:

1. Versatilità — la capacità di realizzare pannelli flessibili e sottili, montando batterie su qualsiasi forma architettonica.
2. Alta efficienza a luce diffusa.
3. Lavoro stabile ad alte temperature.
4. Semplicità e affidabilità del design. Tali pannelli praticamente non si rompono.
5. Mantenimento delle prestazioni in condizioni difficili — minore calo delle prestazioni quando la superficie è polverosa rispetto agli analoghi cristallini

La vita utile di tali celle fotovoltaiche, a partire dalla seconda generazione, è di 20-25 anni con un calo di potenza del 15-20%. Gli unici svantaggi dei pannelli in silicio amorfo includono 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 occupano comunque una nicchia commerciale ad alta tecnologia grazie alle loro caratteristiche speciali.

Rari pannelli solari in metallo

Esistono diversi tipi di pannelli solari in metalli rari e non tutti sono più efficienti dei moduli in silicio monocristallino.

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

I pannelli di tellururo di cadmio vengono utilizzati attivamente per il rivestimento di edifici nei paesi equatoriali e arabi, dove la loro superficie si riscalda fino a 70-80 gradi durante il giorno

Le principali leghe utilizzate per realizzare le celle fotovoltaiche sono il tellururo di cadmio (CdTe), il seleniuro di indio rame gallio (CIGS) e il seleniuro di rame indio (CIS).

Il cadmio è un metallo tossico e l'indio, il gallio e il 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 del 25-35%, anche se in casi eccezionali può arrivare fino al 40%. In precedenza venivano utilizzati principalmente nell'industria spaziale, ma ora è emersa una nuova direzione promettente.

Grazie al funzionamento stabile delle fotocellule in metalli rari a temperature di 130-150°C, vengono utilizzate negli impianti solari termici. In questo caso, i raggi del sole provenienti da decine o centinaia di specchi si concentrano su un piccolo pannello, che contemporaneamente genera elettricità e garantisce il trasferimento dell'energia termica allo scambiatore di calore ad acqua.

Come risultato del riscaldamento dell'acqua, si forma vapore che fa ruotare la turbina e genera elettricità. In questo modo, l'energia solare viene convertita in energia elettrica contemporaneamente in due modi con la massima efficienza.

Analoghi polimerici e organici

I moduli fotovoltaici basati su composti organici e polimerici hanno cominciato a essere sviluppati solo nell'ultimo decennio, ma i ricercatori hanno già compiuto progressi significativi.L'azienda europea dimostra il progresso più grande Heliatek, che ha già dotato diversi grattacieli di pannelli solari organici.

Lo spessore della struttura del film in rotolo è HeliaFilm è solo 1 mm.

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

Il problema del tempo di degradazione 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:

• possibilità di smaltimento sicuro per l'ambiente;
• basso costo di produzione;
• progettazione flessibile.

Gli svantaggi di tali celle fotovoltaiche comprendono l'efficienza relativamente bassa e la mancanza di informazioni affidabili sui periodi di funzionamento stabile dei pannelli. È possibile che tra 5-10 anni tutti gli svantaggi delle celle solari organiche scompariranno e diventeranno seri concorrenti dei wafer di silicio.

Quale pannello solare scegliere?

La scelta dei pannelli solari per le case di campagna ad una latitudine di 45-60° non è difficile. Ci sono solo due opzioni che vale la pena considerare qui: pannelli in silicio policristallino e monocristallino.

Se c'è carenza di spazio, è meglio dare la preferenza a modelli più efficienti con orientamento del cristallo unilaterale, se l'area è illimitata, si consiglia di acquistare batterie policristalline.

Non dovresti fare affidamento sulle previsioni delle società di analisi per lo sviluppo del mercato dei pannelli solari, perché i migliori esempi potrebbero non essere ancora stati inventati

È meglio scegliere un produttore specifico, la potenza richiesta e le apparecchiature aggiuntive con la partecipazione dei dirigenti delle aziende coinvolte nella vendita e nell'installazione di tali apparecchiature. Dovresti sapere che la qualità e il prezzo dei moduli fotovoltaici dei maggiori produttori differiscono poco.

Va tenuto presente che quando si ordina un set di apparecchiature chiavi in ​​\u200b\u200bmano, il costo dei pannelli solari stessi sarà solo il 30-40% dell'importo totale. Il periodo di ammortamento per tali progetti è di 5-10 anni e dipende dal livello di consumo energetico e dalla possibilità di vendere l'elettricità in eccesso alla rete cittadina.

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

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1. Come realizzare una batteria solare con le tue mani: istruzioni per l'autoassemblaggio
2. Sistemi solari termici: analisi delle tecnologie di riscaldamento basate su sistemi solari
3. Schema di collegamento pannelli solari: al controller, alla batteria e ai sistemi serviti

Conclusioni e video utile sull'argomento

I video presentati mostrano il funzionamento di vari pannelli solari in condizioni reali. Ti aiuteranno anche a comprendere i problemi legati alla scelta delle apparecchiature correlate.

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

Tipi di pannelli solari:

Test su pannelli monocristallini e policristallini:

Per la popolazione e i piccoli impianti industriali non esiste attualmente alcuna vera alternativa ai pannelli in silicio cristallino.Ma il ritmo di sviluppo di nuovi tipi di pannelli solari ci fa sperare che l'energia solare diventerà presto la principale fonte di elettricità in molte case di campagna.

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