Soorten zonnepanelen: een vergelijkend overzicht van ontwerpen en tips voor het kiezen van panelen

Alternatieve energie ontwikkelt zich in Europa maximaal en toont haar belofte met resultaten.Er verschijnen nieuwe soorten zonnepanelen en hun rendement neemt toe.

Als u de werking van een industrieel gebouw of woongebouw op zonne-energie wilt garanderen, moet u eerst de verschillen tussen de apparatuur leren kennen en begrijpen welke zonnepanelen geschikt zijn voor de klimatologische omstandigheden in een bepaalde regio.

Wij helpen u dit probleem op te lossen. Het artikel bespreekt het werkingsprincipe van foto-elektrische omzetters en geeft een overzicht van verschillende soorten zonnecellen, met vermelding van hun kenmerken, voor- en nadelen. Nadat u vertrouwd bent geraakt met het materiaal, kunt u de juiste keuze maken voor het aanleggen van een effectief zonnestelsel.

Het werkingsprincipe van zonnepanelen

De overgrote meerderheid van zonnepanelen zijn, in fysieke zin, fotovoltaïsche omvormers. Het elektrisch genererende effect vindt plaats op de plaats van de pn-overgang van de halfgeleider.

Het zijn siliciumwafels die de basis vormen van de kosten van zonnepanelen, maar als je ze 24 uur per dag als elektriciteitsbron gebruikt, zul je bovendien dure batterijen moeten kopen

Het paneel bestaat uit twee siliciumwafels met verschillende eigenschappen. Onder invloed van licht ontwikkelt een van hen een tekort aan elektronen, en de ander - een teveel ervan.Elke plaat heeft koperen geleiderstrips die zijn aangesloten op spanningsomvormers.

Een industrieel zonnepaneel bestaat uit meerdere gelamineerde fotovoltaïsche cellen die met elkaar zijn verbonden en op een flexibel of stijf substraat zijn gemonteerd.

De efficiëntie van de apparatuur hangt grotendeels af van de zuiverheid van het silicium en de oriëntatie van de kristallen. Het zijn deze parameters die ingenieurs de afgelopen decennia hebben geprobeerd te verbeteren. Het grootste probleem hierbij zijn de hoge kosten van de processen die ten grondslag liggen aan de zuivering van silicium en de plaatsing van kristallen in één richting door het paneel.

Jaarlijks gaat het maximale rendement van diverse zonnepanelen omhoog, omdat er miljarden dollars worden geïnvesteerd in onderzoek naar nieuwe fotovoltaïsche materialen (+)

Halfgeleiders van foto-elektrische omzetters kunnen niet alleen van silicium worden gemaakt, maar ook van andere materialen - werkingsprincipe van de batterij het verandert niet.

Soorten foto-elektrische converters

Industriële zonnepanelen worden geclassificeerd op basis van hun ontwerpkenmerken en het type werkende fotovoltaïsche laag.

Er zijn deze soorten batterijen, afhankelijk van het type apparaat:

• flexibele panelen;
• stijve modules.

Flexibele dunnefilmpanelen bezetten geleidelijk een steeds grotere niche op de markt vanwege hun veelzijdige montagemogelijkheden, omdat ze op de meeste oppervlakken met een verscheidenheid aan architectonische vormen kunnen worden geïnstalleerd.

De werkelijke eigenschappen van zonnepanelen zijn doorgaans lager dan aangegeven in de instructies. Daarom is het raadzaam om, voordat u ze thuis installeert, zelf een soortgelijk voltooid project te bekijken.

Op basis van het type werkende fotovoltaïsche laag zijn zonnebatterijen onderverdeeld in de volgende typen:

1. Silicium: monokristallijn, polykristallijn, amorf.
2. Tellurium-cadmium.
3. Gebaseerd op indium-koper-galliumselenide.
4. Polymeer.
5. Biologisch.
6. Gebaseerd op galliumarsenide.
7. Gecombineerd en meerlaags.

Niet alle soorten zonnepanelen zijn interessant voor de algemene consument, maar alleen de eerste twee kristallijne subtypen.

Hoewel sommige andere typen panelen een hoog rendement hebben, worden ze vanwege hun hoge kosten niet veel gebruikt.

Silicium-fotovoltaïsche cellen zijn behoorlijk gevoelig voor warmte. De basistemperatuur voor het meten van de energieopwekking is 25°C. Wanneer het met één graad toeneemt, neemt het rendement van de panelen af ​​met 0,45-0,5%.

Vervolgens worden zonnepanelen die van het grootste consumentenbelang zijn, in detail besproken.

Kenmerken van panelen op siliciumbasis

Silicium voor zonnecellen wordt gemaakt van kwartspoeder – gemalen kwartskristallen. De rijkste voorraden grondstoffen bevinden zich in West-Siberië en de Midden-Oeral, dus de vooruitzichten voor dit gebied van zonne-energie zijn vrijwel onbeperkt.

Zelfs nu al nemen kristallijne en amorfe siliciumpanelen meer dan 80% van de markt in beslag. Daarom is het de moeite waard om ze in meer detail te bekijken.

Monokristallijne siliciumpanelen

Moderne monokristallijne siliciumwafels (mono-Si) hebben over het gehele oppervlak een uniforme donkerblauwe kleur. Voor de productie ervan wordt het zuiverste silicium gebruikt. Monokristallijne zonnecellen hebben de hoogste prijs van alle siliciumwafels, maar bieden ook het beste rendement.

Grote monokristallijne zonnepanelen met roterende mechanismen passen perfect in woestijnlandschappen. Er zijn voorwaarden voor maximale productiviteit

De hoge productiekosten zijn te wijten aan de moeilijkheid om alle siliciumkristallen in dezelfde richting te oriënteren. Vanwege deze fysieke eigenschappen van de werklaag wordt maximale efficiëntie alleen gegarandeerd als de zonnestralen loodrecht op het oppervlak van de plaat staan.

Monokristallijne batterijen vereisen extra apparatuur die ze overdag automatisch roteert, zodat het vlak van de panelen zo loodrecht mogelijk op de zonnestralen staat.

Lagen silicium met enkelzijdige kristallen worden uit een cilindrisch blok metaal gesneden, zodat de afgewerkte fotovoltaïsche blokken eruit zien als een vierkant met afgeronde hoeken.

De voordelen van monokristallijne siliciumbatterijen zijn onder meer:

1. Hoge efficiëntie met een waarde van 17-25%.
2. Compactheid - kleiner apparatuuroppervlak per energie-eenheid vergeleken met polykristallijne siliciumpanelen.
3. Duurzaamheid — voldoende efficiëntie van de elektriciteitsopwekking is gegarandeerd voor een periode van maximaal 25 jaar.

Er zijn slechts twee nadelen aan dergelijke batterijen:

1. Hoge prijs en terugverdientijd op lange termijn.
2. Gevoeligheid voor vervuiling. Stof verstrooit het licht, waardoor het rendement van zonnepanelen die ermee bedekt zijn sterk afneemt.

Vanwege de behoefte aan direct zonlicht, monokristallijn zonnepanelen worden geïnstalleerd voornamelijk in open gebieden of op hoogte. Hoe dichter het gebied bij de evenaar ligt en hoe meer zonnige dagen het heeft, hoe beter het is om dit specifieke type fotovoltaïsche elementen te installeren.

Polykristallijne zonnecellen

Polykristallijne siliciumpanelen (multi-Si) hebben een blauwe kleur die ongelijkmatig van intensiteit is vanwege de gevarieerde oriëntatie van de kristallen. De zuiverheid van het silicium dat bij de productie ervan wordt gebruikt, is iets lager dan die van monokristallijne analogen.

Multidirectionele kristallen zorgen voor een hoge efficiëntie bij diffuus licht - 12-18%.Het is lager dan bij unidirectionele kristallen, maar bij bewolkte weersomstandigheden zijn dergelijke panelen effectiever.

De heterogeniteit van het materiaal leidt ook tot een verlaging van de kosten van de siliciumproductie. Het gezuiverde metaal voor polykristallijne zonnepanelen wordt zonder speciale trucjes in mallen gegoten.

Bij de productie worden speciale technieken gebruikt om kristallen te vormen, maar hun richting wordt niet gecontroleerd. Na afkoeling wordt het silicium in lagen gesneden en volgens een speciaal algoritme verwerkt.

Polykristallijne panelen vereisen geen constante oriëntatie naar de zon, daarom worden de daken van huizen en industriële gebouwen actief gebruikt voor hun plaatsing.

Overdag, bij lichte bewolking, zullen de voordelen van zonnepanelen gemaakt van amorf silicium niet merkbaar zijn; hun voordelen komen alleen tot uiting onder dichte bewolking of in de schaduw (+)

De voordelen van zonnecellen met multidirectionele kristallen zijn onder meer:

1. Hoge efficiëntie in diffuse lichtomstandigheden.
2. Mogelijkheid tot permanente installatie op de daken van gebouwen.
3. Lagere kost vergeleken met monokristallijne panelen.
4. Duur van de werking — de efficiëntiedaling na 20 jaar gebruik bedraagt ​​slechts 15-20%.

Polykristallijne panelen hebben ook nadelen:

1. Verminderde efficiëntie met een waarde van 12-18%.
2. Relatieve omvang — er is meer installatieruimte nodig per energie-eenheid vergeleken met monokristallijne analogen.

Polykristallijne zonnepanelen winnen een steeds groter marktaandeel onder andere siliciumbatterijen. Dit wordt verzekerd door ruime potentiële mogelijkheden om de kosten van hun productie te verlagen.De efficiëntie van dergelijke panelen neemt ook elk jaar toe en nadert snel de 20% voor massaproductieproducten.

Zonnepanelen van amorf silicium

Het mechanisme voor de productie van zonnepanelen uit amorf silicium verschilt fundamenteel van de productie van kristallijne fotovoltaïsche cellen. Hier wordt niet een puur niet-metaal gebruikt, maar het hydride ervan, waarvan de hete dampen op het substraat worden afgezet.

Als resultaat van deze technologie worden er geen klassieke kristallen gevormd en worden de productiekosten sterk verlaagd.

Gedeponeerde zonnecellen van amorf silicium kunnen op een flexibel polymeersubstraat of op een stijve glasplaat worden gemonteerd

Op dit moment zijn er al drie generaties amorfe siliciumpanelen, die elk de efficiëntie aanzienlijk verhogen. Hadden de eerste fotovoltaïsche modules een rendement van 4-5%, nu worden modellen van de tweede generatie met een rendement van 8-9% op grote schaal op de markt verkocht.

De nieuwste amorfe panelen hebben een rendement tot 12% en beginnen al in de uitverkoop te verschijnen, maar ze zijn nog steeds behoorlijk duur.

Door de eigenschappen van deze productietechnologie is het mogelijk om een ​​laag silicium aan te brengen op zowel een stijf als flexibel substraat. Om deze reden worden amorfe siliciummodules actief gebruikt in flexibele dunnefilmzonnepanelen. Maar opties met een elastische achterkant zijn veel duurder.

De fysisch-chemische structuur van amorf silicium maakt maximale absorptie van fotonen van zwak verstrooid licht mogelijk om elektriciteit te genereren. Daarom zijn dergelijke panelen handig voor gebruik in noordelijke regio's met grote vrije gebieden.

De efficiëntie van batterijen op basis van amorf silicium neemt zelfs bij hoge temperaturen niet af, hoewel ze in deze parameter inferieur zijn aan galliumarsenidepanelen.

Bij dezelfde uitrustingskosten presteren siliciumhydride-zonnepanelen beter dan hun mono- en polykristallijne tegenhangers (+)

Samenvattend kunnen we de volgende voordelen van amorfe zonnepanelen noemen:

1. Veelzijdigheid — de mogelijkheid om flexibele en dunne panelen te vervaardigen, waarbij batterijen op elke architectonische vorm kunnen worden gemonteerd.
2. Hoge efficiëntie bij diffuus licht.
3. Stabiel werk bij hoge temperaturen.
4. Eenvoud en betrouwbaarheid van ontwerp. Dergelijke panelen breken praktisch niet.
5. Prestaties behouden onder moeilijke omstandigheden — minder prestatieverlies als het oppervlak stoffig is dan bij kristallijne analogen

De levensduur van dergelijke fotovoltaïsche cellen, vanaf de tweede generatie, is 20-25 jaar met een vermogensdaling van 15-20%. De enige nadelen van amorfe siliciumpanelen zijn de behoefte aan grotere oppervlakken om apparatuur met het vereiste vermogen te huisvesten.

Overzicht van siliconenvrije apparaten

Sommige zonnepanelen, gemaakt van zeldzame en dure metalen, hebben een rendement van meer dan 30%. Ze zijn vele malen duurder dan hun silicium-tegenhangers, maar bezetten vanwege hun bijzondere kenmerken nog steeds een hightech handelsniche.

Zeldzame metalen zonnepanelen

Er zijn verschillende soorten zeldzame metalen zonnepanelen, en ze zijn niet allemaal efficiënter dan monokristallijne siliciummodules.

Door het vermogen om onder extreme omstandigheden te kunnen werken, kunnen fabrikanten van dergelijke zonnepanelen echter concurrerende producten produceren en verder onderzoek doen.

Cadmiumtelluridepanelen worden actief gebruikt voor de bekleding van gebouwen in equatoriale en Arabische landen, waar hun oppervlak overdag tot 70-80 graden opwarmt

De belangrijkste legeringen die worden gebruikt om fotovoltaïsche cellen te maken zijn cadmiumtelluride (CdTe), indiumkopergalliumselenide (CIGS) en koperindiumselenide (CIS).

Cadmium is een giftig metaal, en indium, gallium en tellurium zijn vrij zeldzaam en duur, dus massaproductie van daarop gebaseerde zonnepanelen is theoretisch zelfs onmogelijk.

Het rendement van dergelijke panelen ligt op het niveau van 25-35%, maar kan in uitzonderlijke gevallen oplopen tot 40%. Voorheen werden ze vooral in de ruimtevaartindustrie gebruikt, maar nu is er een nieuwe veelbelovende richting ontstaan.

Vanwege de stabiele werking van fotocellen gemaakt van zeldzame metalen bij temperaturen van 130-150°C, worden ze gebruikt in thermische zonne-energiecentrales. In dit geval worden de zonnestralen van tientallen of honderden spiegels geconcentreerd op een klein paneel, dat tegelijkertijd elektriciteit opwekt en zorgt voor de overdracht van thermische energie naar een waterwarmtewisselaar.

Door het verwarmen van het water ontstaat stoom, waardoor de turbine gaat draaien en elektriciteit wordt opgewekt. Zo wordt zonne-energie op twee manieren gelijktijdig en met maximaal rendement omgezet in elektrische energie.

Polymeer en organische analogen

Fotovoltaïsche modules op basis van organische en polymeerverbindingen zijn pas in het afgelopen decennium ontwikkeld, maar onderzoekers hebben al aanzienlijke vooruitgang geboekt.Het Europese bedrijf laat de grootste vooruitgang zien Heliatek, dat al meerdere hoogbouw heeft voorzien van organische zonnepanelen.

De dikte van de rolfilmstructuur is HeliaFilm bedraagt ​​slechts 1 mm.

Bij de productie van polymeerpanelen worden stoffen zoals koolstoffullerenen, koperftalocyanine, polyfenyleen en andere gebruikt. De efficiëntie van dergelijke fotovoltaïsche cellen bereikt al 14-15%, en de productiekosten zijn vele malen lager dan die van kristallijne zonnepanelen.

Het probleem van de afbraaktijd van de organische werklaag is acuut. Tot nu toe is het niet mogelijk om op betrouwbare wijze het niveau van de efficiëntie ervan na meerdere jaren gebruik te bevestigen.

De voordelen van organische zonnepanelen zijn:

• mogelijkheid tot milieuveilige verwijdering;
• lage productiekosten;
• flexibel ontwerp.

De nadelen van dergelijke fotovoltaïsche cellen zijn onder meer een relatief laag rendement en het gebrek aan betrouwbare informatie over de perioden van stabiele werking van de panelen. Het is mogelijk dat binnen 5 tot 10 jaar alle nadelen van organische zonnecellen zullen verdwijnen en ze serieuze concurrenten zullen worden voor siliciumwafels.

Welk zonnepaneel kiezen?

De keuze voor zonnepanelen voor landhuizen op een breedtegraad van 45-60° is niet moeilijk. Er zijn hier slechts twee opties die het overwegen waard zijn: polykristallijne en monokristallijne siliciumpanelen.

Als er ruimtegebrek is, is het beter om de voorkeur te geven aan efficiëntere modellen met eenzijdige kristaloriëntatie; als er een onbeperkt gebied is, wordt het aanbevolen om polykristallijne batterijen aan te schaffen.

U moet niet vertrouwen op de voorspellingen van analytische bedrijven voor de ontwikkeling van de zonnepanelenmarkt, omdat de beste voorbeelden daarvan misschien nog niet zijn uitgevonden

Het is beter om een ​​specifieke fabrikant, het benodigde vermogen en extra apparatuur te kiezen met deelname van managers van bedrijven die betrokken zijn bij de verkoop en installatie van dergelijke apparatuur. U moet weten dat de kwaliteit en prijs van fotovoltaïsche modules van de grootste fabrikanten weinig verschillen.

Houd er rekening mee dat bij het bestellen van een set kant-en-klare apparatuur de kosten van de zonnepanelen zelf slechts 30-40% van het totale bedrag bedragen. De terugverdientijd voor dergelijke projecten is 5-10 jaar en hangt af van het niveau van het energieverbruik en de mogelijkheid om overtollige elektriciteit aan het stadsnet te verkopen.

Sommige vakmensen geven er de voorkeur aan om zonnepanelen met hun eigen handen te monteren. Op onze website staan ​​artikelen met een gedetailleerde beschrijving van de productietechnologie van dergelijke panelen, hun aansluiting en opstelling van zonneverwarmingssystemen.

Wij adviseren u om te lezen:

1. Hoe u met uw eigen handen een zonnebatterij maakt: instructies voor zelfmontage
2. Zonneverwarmingssystemen: analyse van verwarmingstechnologieën op basis van zonnesystemen
3. Aansluitschema voor zonnepanelen: naar de controller, naar de accu en onderhouden systemen

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De gepresenteerde video's tonen de werking van verschillende zonnepanelen in reële omstandigheden. Ze zullen u ook helpen de problemen bij het kiezen van gerelateerde apparatuur te begrijpen.

Regels voor het kiezen van zonnepanelen en aanverwante apparatuur:

Soorten zonnepanelen:

Testen van monokristallijne en polykristallijne panelen:

Voor de bevolking en kleine industriële faciliteiten is er momenteel geen echt alternatief voor kristallijne siliciumpanelen.Maar het tempo van de ontwikkeling van nieuwe typen zonnepanelen laat ons hopen dat zonne-energie binnenkort de belangrijkste elektriciteitsbron in veel landhuizen zal worden.

We nodigen iedereen die geïnteresseerd is in de kwestie van het kiezen en gebruiken van zonnepanelen uit om opmerkingen achter te laten, vragen te stellen en deel te nemen aan discussies. Het contactformulier bevindt zich in het onderste blok.