Aurinkopaneeliasennukset ovat kasvaneet räjähdysmäisesti kaikkialla maailmassa viimeisen kymmenen vuoden aikana.

parasta on, että niiden kustannukset ovat romahtaneet dramaattisesti 99 prosenttia neljän viime vuosikymmenen aikana, joten ei ole parempaa aikaa kuin nyt hyödyntää puhdasta aurinkoenergiaa kodin tai yrityksen sähkölaskun alentamiseksi.

kansainvälisen uusiutuvan energian Allianssin (IRENA) vuoden 2018 tietojen mukaan Yhdysvallat on maailman kolmanneksi suurin aurinkoenergian käyttäjä Kiinan ja Japanin jälkeen. Iso-Britannia on 7.sijalla ja Australia 8. sijalla.

vuosikymmenen lähestyessä loppuaan aurinkoenergian ennuste ei ole koskaan näyttänyt valoisammalta.

alan asiantuntijat ennustavat, että Yhdysvallat kaksinkertaistaa aurinkovoimalansa kahdesta miljoonasta neljään miljoonaan vuoteen 2023 mennessä.

suuri osa tuosta kasvusta tapahtuu ennustettavasti aurinkoisessa Kaliforniassa, mutta myös useat muut osavaltiot johtavat aurinkoenergiahankkeita. Huomaa alla olevasta graafista, että kolme viidestä parhaasta osavaltiosta, jotka johtivat aurinkopaneeliasennuksia vuonna 2019, olivat ei-liian-aurinkoisessa Koillis-Yhdysvalloissa.

jopa Yhdistyneessä kuningaskunnassa, jossa aurinkoa oli vähemmän kuin monissa osissa Yhdysvaltoja, oli vuonna 2018 yli miljoona aurinkopaneeliasennusta, kasvua lähes 2% (tuotetulla sähköllä mitattuna) edelliseen vuoteen verrattuna.

Australia puolestaan löi 2 miljoonan aurinkopaneelin rajapyykin vuonna 2018.

kun otetaan huomioon tämä aurinkoenergiatrendi, minne päin tahansa käännytkin, sitä kiihdyttää kiire lopettaa fossiilisten polttoaineiden polttaminen ja siirtyä sataprosenttisesti uusiutuvaan energiaan mahdollisimman nopeasti, ehkä ajattelet, että on aika hypätä mukaan.

Jos on, Tervetuloa aurinkoenergian vallankumoukseen!

yksi suurimmista huolenaiheista, kun harkitset aluksi aurinkopaneeliasennusta kotiisi tai yritykseesi, on valita sinulle paras aurinkopaneelityyppi.

tässä artikkelissa sukelletaan syvälle kolmeen päävaihtoehtoon aurinkopaneeleille, jotka ovat nyt saatavilla. Näitä ovat:

• yksikiteinen
• monikiteinen
• ohutkalvo

kaikkien näiden kolmen aurinkopaneelityypin teknologiat ovat ajan mittaan parantaneet merkittävästi energiatarpeitasi.

kartoitamme myös, mitä aurinkoenergiamaailmassa tapahtuu. Tämä sisältää teknologioita, kuten:

• Bifacial solar
• Concentrated PV (photovoltaic) cell
• Solar tiles
• Transparent solar panels

kaikki nämä aurinkoenergian innovaatiot ovat huipputasoa, ja monet, erityisesti bifacials ja CPVs, ovat kaupallisesti saatavilla joillakin alueilla ja kilpailukykyisesti hinnoiteltuja. Heillä on paljon lupausta lisätä vihreän energian segmenttiä globaalissa energiankulutuksessa.

esimerkiksi bifacial-aurinkomoduulien kapasiteetin odotetaan kymmenkertaistuvan vuoteen 2024 mennessä 28 000 megawattiin (MW)! Viitteenä, nykyinen kansallinen keskiarvo amerikkalaisten kotien powered by vain yksi MW aurinko on noin 190.

tässä artikkelissa pohditaan ensin, mitä yhteistä kaikilla aurinkopaneeleilla, sekä kaupallisessa tuotannossa olevilla että nousevilla, on: aurinkokennot kietoutuvat aurinkopaneelijärjestelmään.

mikä on aurinkopaneelijärjestelmä?

aurinkopaneelijärjestelmä on aurinkosähköisten (PV) aurinkokennojen toisiinsa kytkeytyvä kokoonpano (jota usein kutsutaan ryhmäksi), joka 1) ottaa talteen auringosta peräisin olevan energian fotonien muodossa ja 2) muuttaa tämän aurinkoenergian suoraan sähköksi. Tuotetun sähkön määrä voltteina tai watteina mitattuna vaihtelee järjestelmän ja aurinkokennotyypin mukaan.

jokainen ryhmän yksittäinen aurinkopaneeli (jota kutsutaan myös moduuliksi) koostuu ryhmästä aurinkokennoja, jotka on pakattu yhteen metallikehykseen. Yhdessä aurinkopaneelissa on tyypillisesti 60, 72 tai 96 aurinkokennoa.

tuotetun tasavirran (DC) muuntamiseksi kotona käytetyksi vaihtovirraksi jokainen aurinkokennojärjestelmä sisältää invertterin. Invertteri voi olla suuri ja keskitetty.

vaihtoehtoisesti joissakin aurinkosähkömoduuleissa on jo sisäänrakennettu invertteri. Näitä kutsutaan VAIHTOVIRTAMODUULEIKSI. Johdotus on paljon yksinkertaisempaa AC-moduuleilla.

mistä aurinkokennot on tehty?

aurinkokennot valmistetaan nykyään enimmäkseen piistä, joka on puolijohteisia ominaisuuksia omaava alkuaine. Useimmissa aurinkokennotyypeissä pii on kidemuodossa.

koska 100% puhdas piikide ei siirrä sähkövirtaa, se ”seostetaan” hyvin pienillä määrillä ”epäpuhtauksia”—yleensä fosforia ja booria—jotka helposti kuljettavat sähkövirtaa piikiteen hilassa.

fosforilla seostettua piitä kutsutaan N-tyypiksi (”negatiiviseksi”, koska sillä on elektronien ylijäämä).

boorilla seostettua piitä kutsutaan P-tyypiksi (”positiiviseksi”, koska sillä on elektronivaje).

kun aurinkokennoa rakennetaan siten, että yhden P-tyypin vieressä on yksi n-tyypin osio, sitä kutsutaan yksikytkennäksi, eli siinä on vain yksi p-n-liitos.

kun seostettu pii absorboi osan auringon energiasta, se irrottaa prosessissa joitakin vapaita elektroneja. Aurinkopaneelijärjestelmän sähkökentässä elektronit ohjataan kulkemaan yhteen suuntaan, jolloin syntyy sähkövirta.

aurinkokennon sähkökenttä aiheuttaa jännitteen. Virran ja jännitteen matemaattinen tuote on teho-se voima, jota käytetään kodinkoneiden pyörittämiseen ja kodin lämmittämiseen tai viilentämiseen.

aurinkokennon muihin komponentteihin kuuluu heijastamaton pinnoite, koska piin luonnollinen kiilto saisi auringonvalon heijastumaan siitä-mitä ei pitäisi tapahtua, jos haluaa luoda sähkövoimaa.

aurinkokennojen piikiteet on ryhmitelty Sähkökentän sisään ja peitetty sitten lasiin suojaamaan kaikkia komponentteja säältä.

mikä on aurinkokennojen hyötysuhde?

hyötysuhteeksi kutsutaan mittaa siitä, kuinka hyvin aurinkopaneelit imevät auringonvaloa ja muuttavat sen sähköenergiaksi. Valo kulkee eri aallonpituuksilla, joiden energiataso vaihtelee sähkömagneettisen spektrin kaistoilla,eikä aurinkopaneeli absorboi kaikkea. Elektronivoltteina (eV) mitattuna tyypillinen aurinkopaneelin absorboima ja sähköksi muuntama kaistan aukkoenergia on noin 1,1 eV.

paneeliin iskeytyvät fotonit, joilla on enemmän energiaa (ja niitä on paljon) edustavat energiahäviötä.

erilaisten materiaalien käyttäminen aurinkopaneeleissa, joiden kaistan väli on pieni, lisäisi absorboituneiden fotonien määrää ja sitä kautta virtaa. Mutta se vähentäisi myös paneelin jännitettä. Koska teho on yhtä kuin virta kerrottuna jännitteellä, on kompromissi materiaalin valinnan ja sähkökentän voimakkuuden välillä aurinkopaneelien kehityksessä.

tutkimukset osoittavat, että materiaalin optimaalinen kaistavaje on välillä 1-1, 6 eV.

aurinkopaneelin materiaalin lisäksi jonkin verran energiahäviötä, on ongelma materiaalin sisäisessä resistanssissa (kutsutaan sarjavastukseksi).

pii ei puolijohteena johda sähkövirtaa yhtä hyvin kuin metallit. Sen sarjavastus on itse asiassa melko korkea. Tämä merkitsee jälleen yhtä suurta energiahäviön lähdettä.

tämän korjaamiseksi osa paneeleista on peitetty metalliristikolla, jotta elektronit voivat liikkua helpommin sähkökentässä, täydentää piiriä ja luoda sähköä kotiisi.

mutta tämän päällekkäisen ruudukon haittapuolena on se, että se estää osan AURINKOSÄHKÖKENNON pinnasta absorboimasta fotoneja! Ohuempi verkko peittäminen minimoisi tämän häviön, mutta ohuus itsessään edistäisi merkittävää vastustuskykyä ja johtaisi suurempaan energiahäviöön.

Takeaway: on useita syitä, miksi aurinkokennot eivät ole kovin tehokkaita. Jatkuva tutkimus perustuu tehokkaampien, edullisempien ja esteettisesti miellyttävien materiaalien löytämiseen.

Aurinkotieto: aurinkosähköpaneelille tähän mennessä mitattu korkein hyötysuhde (kehitetty vuonna 2006) oli noin 41%!

kyseessä oli Yhdysvaltain rahoittama voimanponnistus avaruustutkimuksessa. Tuolloin energiaministeriö uskoi, että järjestelmä skaalattaisiin kaupallisesti, ja lopulta aurinkopaneelin hinta olisi vain 3 dollaria wattilta, tuottaen energiaa 0,8–0,10 dollaria kilowattitunnilta (kWh).

ohimennen sanottuna vuonna 2019 auringon wattihinta (PPW) on noin 3-4 dollaria. Joillakin alueilla se voi olla jopa 2,50 dollaria!

kilowattitunnin aurinkoenergian hinta katolla sijaitsevasta aurinkopaneelista on noin 0,06-0,08 dollaria (verrattuna 0,09–0,13 dollariin kivihiilestä tai maakaasusta johdetusta energiasta).

kotiviesti: Nämä super alhaiset hinnat aurinko uusiutuvan energian on erittäin kilpailukykyinen fossiilisten polttoaineiden energia tänään.

valitettavasti 41 prosentin energiatehokkuusaste ei ole vielä yleinen asuinrakennusten tai kaupallisten aurinkokuntien osalta. Osa laboratorioissa tehdystä työstä näyttää kuitenkin lupaavalta.

paremman hyötysuhteen lisäksi aurinkopaneelien kokeellisessa työssä keskitytään myös alhaisempiin kustannuksiin ja miellyttävämpään ulkonäköön.

3 pääasiallista aurinkopaneelityyppiä, jotka ovat nykyään markkinoilla

riippuen energiantarpeestasi, budjetistasi, kosmeettisista mieltymyksistäsi ja tilakohteistasi, on tärkeää punnita kolmen aurinkopaneelivaihtoehdon etuja ja haittoja kotiisi tai yrityksellesi.

näistä aurinkopaneelityypeistä kaksi koostuu yksikytkentäisistä aurinkokennoista. Teoriassa niiden maksimihyötysuhde on noin 33%. Korkein tähän mennessä saavutettu hyötysuhde yksiliitoskennoilla on noin 22%.

ohutkalvoinen aurinkopaneeli voi olla materiaalistaan riippuen yksi-tai moniliitos. Multi-junction aurinkokennot on valmistettu eri materiaaleista, joista jokainen vangitsee parhaiten eri aallonpituuksilla olevia fotoneja. Näin enemmän auringonvaloa voidaan muuttaa sähköenergiaksi.

Yksikiteisistä aurinkopaneeleista

valmistettu yhdestä piikiteestä, joka on viipaloitu kiekoiksi, yksikiteisissä aurinkopaneeleissa on rivejä ja sarakkeita näistä kiekoista. Koska silikonikide (jota kutsutaan myös harkoksi) on lieriömäinen, niiden viipaloiminen kiekoiksi aiheuttaa niiden pyöristetyt reunat.

monikiteiset aurinkopaneelit

monikiteiset aurinkopaneelit aurinkokennot sisältävät useita kiteisiä piikappaleita. Sirpaleet voivat olla yksikiteisen auringon tuotannosta jääneitä kappaleita. Ne on järjestetty epäsäännöllisesti. Sitten ne sulatetaan yhteen ja muodostetaan kiinteiksi lohkoiksi ennen kuin ne leikataan kiekoiksi. Jokainen kiekko on suorakulmaisempi kuin yksikiteiset kollegansa.

Katso myös: Yksikiteiset vs monikiteiset aurinkopaneelit

Ohutkalvoiset aurinkopaneelit

ns. toisen sukupolven aurinkokennoja, ohutkalvoisia aurinkopaneeleita voidaan valmistaa useista eri materiaaleista kuten:

• amorfinen pii (ei kidehilaa)
• Galliumarsenidi
• kupari-indiumgalliumselenidi (CIGS)
• Kadmiumtelluridi (CdTe)

jokainen ohutkalvokennon kiekko on superlaiha muihin tyyppeihin verrattuna, joten se on taipuisa. Ne voidaan soveltaa liima suoraan pintaan (kuten katto, vene, tai RV), tai perustaa kestäviä kehyksiä (teline) paljon kuin muut yhteiset tyypit aurinkopaneelit.Katso myös: joustavat aurinkopaneelit: Sovellus-ja hyödyllisiä Ostovinkkejä

tässä yhteenvetotaulukko kolmesta yleisimmästä aurinkopaneelityypistä:

(Jos käytät mobiililaite, Pyyhkäise vasemmalle ja oikealle nähdäksesi täysikokoisen taulukon.)

Solar Panel Type	Material	Efficiency	Cost	Appearance
Monocrystalline	Pure, single silicon crystal	High (18% or slightly higher)	Highest	Black or dark blue cells with rounded corners
Polycrystalline	Silicon fragments	Medium (15-17%)	High	Blue rectangular cells
Thin-Film	Various	Low (11%, mutta voi saavuttaa 15%)	alin	musta tai sininen yhtenäinen pinta

4 Aurinkopaneeliinnovaatiota

:

• lisää tehokkuutta
• alhaisemmat materiaalikustannukset
• lisää aurinkokuntien pitkäikäisyyttä
• korottaa esteettistä ilmettä

vaikka joitakin seuraavista aurinkoteknologioista on kaupallisesti saatavilla vain tietyillä alueilla juuri nyt, tässä vilaus siitä, mitä kaikkialla voi odottaa uusiutuvan energian vallankumouksen edetessä.

aurinkopaneelien Hankintavinkki: kun alat saada arvioita katolla tai takapihalla olevasta aurinkopaneelista, tiedustele aina näiden uudempien teknologioiden paikallista saatavuutta. Sinua voi vain onnistaa!

Bifacial solar technology

”Kaksipintaiset” aurinkopaneelit kykenevät tuottamaan sähkövirtaa fotonikosketuksen kautta aurinkokennojen molemmille puolille.

kun auringonvalo osuu aurinkopaneelin yläosaan aktivoiden joitakin AURINKOSÄHKÖKENNOJA, se jatkaa matkaansa ja kulkee paneelin läpi. Sitten osa siitä heijastuu takaisin pois pinnan alla paneelin (kuten katto). Heijastuneet säteet altistavat pohjan aurinkokennot fotoniaktivaatiolle.

Bifakiat voivat olla joko yksikiteisiä tai monikiteisiä.KATSO MYÖS: Bifacial Solar Panels: asuin Uses and Trends

Concentrated PV technology (CPV)

yksi avantgardeimmista aurinkopaneelitekniikoista käyttää linssejä tai kaarevia peilejä ohjaamaan auringonvaloa tiettyyn pisteeseen keskittyen siten pieneen, moniliitteiseen aurinkokennoon.

oleellisesti CPV vähentää energiahäviötä auringonvalon diffuusiolla suurelle pinnalle. Tämän seurauksena tehokkuus paranee huomattavasti, jopa enemmän kuin mitä yksikiteinen aurinkokenno tuottaa.

juuri nyt CPV on kallis, koska siihen on lisätty komponentteja, kuten aurinkoseurantalaitteita ja jäähdytysmekanismeja.

Aurinkolaattateknologia

vuonna 2016 Teslan Elon Musk julkisti konseptin aurinkokatosta, joka olisi varustettu aurinkolaatoilla (joita kutsutaan myös aurinkolaatoiksi tai aurinkolaatoiksi). Aurinkolaatat toimivat perinteisten aurinkopaneelien tapaan. Ne voidaan rakentaa ohutkalvomateriaalista tai yksikiteisestä piistä.

juuri nyt aurinkolaatat ovat hieman tehottomampia kuin perinteiset yksikiteiset aurinkokennot.

tässä aurinkopaneelijärjestelmässä ei kuitenkaan ole tukitelinettä, johon perinteiset aurinkopaneelit on sijoitettu, joten sitä pidetään visuaalisesti houkuttelevampana kuin tavallista järjestelmää. Aurinkolaatat asennetaan tavanomaisten asfalttipäreiden tapaan ja ne kattavat koko katon pinnan.

Tesla arvioi aurinkokattonsa maksavan noin 22 dollaria / sq. ft. toiset taas laskevat hintalapuksi 35 dollaria neliöltä. ft. Ajatellaanpa nyt tätä asiaa: tavallisen kokoisen kodin kattaminen aurinkopärsyillä voi maksaa yli 45 tonnia tai enemmän.

läpinäkyvät aurinkopaneelit

mit: n tutkijoiden löytämät läpinäkyvät aurinkopaneelit vangitsevat vain ne valon aallonpituudet, joita silmämme eivät näe (lähi-infrapuna ja ultravioletti) ja sallivat näkyvän valon kulkea niiden läpi.

joten kaiken teoriassa—matkapuhelimista kannettaviin tietokoneisiin ja Windowsiin—pinnalla voisi olla läpinäkyvä aurinkopaneeli, joka tuottaisi sähköä, mutta sitä ei ikinä tietäisi!

tässä on tässä osiossa linkitetystä mit—lähteestä otettu kaavio läpinäkyvästä aurinkokennosta-low—cost to boot.

tällä hetkellä läpinäkyvien aurinkopaneelien hyötysuhteet ovat alapäässä mutta tutkijat pitävät 11 prosenttia tai enemmän hyvin todennäköisenä lähitulevaisuudessa. Huomaa kuitenkin, että jos nämä kennot peittävät esimerkiksi valtavan pilvenpiirtäjän kaikki ikkunat, jopa 5 prosentin hyötysuhde voi helposti kattaa 25 prosenttia rakennuksen sähköntarpeen kokonaiskustannuksista.

toinen läpinäkyvien aurinkopaneelien merkittävä etu perinteisiin aurinkopaneeleihin verrattuna on se, että ne eivät tarvitse toimiakseen laajoja maa-tai vesialueita (kuten perinteiset aurinkovoimalat tekevät).

ensimmäisiä kaupallisia sovelluksia (kännyköille) odotetaan muutaman vuoden päästä.Katso myös: Transparent Solar Panels: Reforming Future Energy Supply

kuvitelkaa, miten mullistavaa läpinäkyvien aurinkopaneelien (aurinkoikkunoiden) laajamittainen käyttö kaupunkialueilla tulee olemaan! Tämän virstanpylvään saavuttaminen aurinkoenergiainnovaatioissa kallistaa varmasti globaalia energiankulutusmallia auringon uusiutuvan energian hyväksi.

Aurinkopaneelityyppien Avaintakeet

Aurinkopaneeliasennukset ovat kasvattaneet suosiotaan ja tehoaan ja samalla laskeneet hintojaan vihreän, puhtaan energiavallankumouksen takia. Nyt on hyvä aika investoida aurinkopaneelijärjestelmään.

yleisimmät kotikäyttöön tarkoitetut aurinkopaneelityypit koostuvat yksikiteisistä, monikiteisistä tai ohutkalvoisista aurinkokennoista. Niiden tehokkuus ja kustannukset vaihtelevat. Yksikiteiset paneelit ovat kalleimpia ja tehokkaimpia. Edullisimpia, mutta tyypillisesti tehottomimpia ovat ohutkalvoiset aurinkopaneelit.

Monikiteisillä aurinkokennoilla on yleensä kohtalainen hyötysuhde ja kohtuulliset kustannukset.