az ilyen típusú napelemek mindhárom alapját képező technológiák az idő múlásával jelentős javulást értek el az energiaigények jobb kielégítése érdekében.

azt is felmérjük, hogy mi történik a napenergia világában. Ez magában foglalja a technológiákat, mint például:

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

a napenergia ezen innovációi élvonalbeli, és sok, különösen a bifacials és a CPV-K kereskedelmi forgalomban kaphatók egyes régiókban és versenyképes áron. Sok ígéretet tartanak a globális energiafogyasztási keverék zöld energia szegmensének fellendítésére.

például a bifacial solar modulok várhatóan 2024-ig tízszeresére növelik a kapacitást 28 000 megawattra (MW)! Referenciaként az amerikai otthonok jelenlegi országos átlaga, amelyet csak egy MW napenergia táplál, körülbelül 190.

ebben a cikkben először megvizsgáljuk, hogy mi a közös az összes napelem, mind a kereskedelmi termelésben, mind a feltörekvő napelemekben: a napelemek egy napelem-rendszerben vannak.

mi a napelem rendszer?

a napelem-rendszer a fotovoltaikus (PV) napelemek egymással összekapcsolt egysége, amely (1) fotonok formájában rögzíti a napból származó energiát; és (2) ezt a napenergiát közvetlenül villamos energiává alakítja. A termelt villamos energia mennyisége, voltban vagy wattban mérve, a rendszertől és a napelem típusától függően változik.

minden egyes napelem (más néven modul) a tömbben egy fémkeretbe csomagolt napelemek csoportjából áll. Általában 60, 72 vagy 96 napelem található egyetlen napelem panelen.

az otthonában használt váltakozó áramú (DC) villamos energia átalakításához minden napelem rendszer invertert tartalmaz. Az inverter lehet nagy, központosított.

Alternatív megoldásként néhány Fotovoltaikus modul már beépített inverterrel rendelkezik. Ezeket AC moduloknak nevezik. A kábelezés sokkal egyszerűbb az AC modulokkal.

miből készülnek a napelemek?

a napelemek ma többnyire szilíciumból készülnek, egy félvezető tulajdonságokkal rendelkező kémiai elem. A legtöbb napelem esetében A Szilícium kristályos formában van.

mivel a 100% – os tisztaságú szilícium kristály nem szállít elektromos áramot, nagyon kis mennyiségű” szennyeződéssel “—általában foszforral és bórral—”adalékolják”, amelyek könnyen hordoznak elektromos áramot a szilícium kristályrácson belül.

a foszforral adalékolt szilíciumot N-típusnak nevezik (“negatív”, mert elektronok többlete van).

a bórral adalékolt szilíciumot P-típusnak nevezik (“pozitív”, mert elektronhiánya van).

ha ilyen módon egy N-típusú szakasz mellett egy P-típusú szakaszt építünk, a napelem cellát egyetlen csomópontnak nevezzük, ami azt jelenti, hogy csak egy p-n csomópontja van.

amikor az adalékolt Szilícium elnyeli a nap energiájának egy részét, néhány szabad elektront elmozdít a folyamat során. A napelemes rendszer elektromos mezőjében az elektronokat egy irányba áramolják, elektromos áramot hozva létre.

a napelem elektromos mezője feszültséget okoz. Az áram és a feszültség matematikai terméke a hatalom-a háztartási készülékek működtetéséhez használt energia, valamint az otthon melegítése vagy hűtése.

a napelem más alkotóelemei közé tartozik egy fényvisszaverő bevonat, mivel a szilícium természetes fénye a napfényt visszaverné – ami nem az, ami történhet, ha elektromos energiát szeretne létrehozni.

a napelemek szilíciumkristályai egy elektromos mező belsejében vannak csoportosítva, majd üveggel borítják, hogy megvédjék az összes komponenst az időjárástól.

mi a napelem hatékonysága?

hatékonyságnak nevezik azt a mérést, hogy a napelemek mennyire szívják fel a napfényt és alakítják át elektromos energiává. A fény különböző hullámhosszúságú, változó energiaszinten halad az elektromágneses spektrum sávjai között, és nem mindegyiket szívja fel egy napelem. Elektronvoltban (EV) mérve a tipikus sávrésenergia, amelyet egy napelem képes elnyelni és villamos energiává alakítani, körülbelül 1,1 eV.

a panelt ütő fotonok ennél több energiával (és sok van belőlük) energiaveszteséget jelentenek.

az alacsony sávú napelemek különböző anyagainak felhasználása növelné az elnyelt fotonok számát, következésképpen az áramot. De csökkentené a panel feszültségét is. Mivel a teljesítmény egyenlő az áram és a feszültség szorzatával, az anyagválasztás és az elektromos térerősség között kompromisszum van a napelemek fejlesztésében.

A kutatások azt mutatják, hogy egy anyag optimális sávrése 1-1, 6 eV között van.

a napelem anyagán kívül, ami némi energiaveszteséget eredményez, egy anyag belső ellenállásának problémája van (úgynevezett sorozatos ellenállás).

A Szilícium, mint félvezető, nem vezet elektromos áramot, valamint fémeket. A sorozat ellenállása valójában meglehetősen magas. Ez a nagy energiaveszteség újabb forrását jelenti.

ennek kijavításához egyes paneleket fémrács borít, hogy az elektronok könnyebben mozoghassanak az elektromos mezőben, befejezzék az áramkört, és villamos energiát hozzanak létre otthona számára.

de ennek az egymásra helyezett rácsnak az a hátránya, hogy blokkolja a PV sejtfelület egy részét a fotonok elnyeléséből! A vékonyabb rácsburkolat minimalizálná ezt a veszteséget, de maga a vékonyság jelentős ellenállást eredményezne, és több energiaveszteséget eredményezne.

elvihető: számos oka van annak, hogy a napelemek nem nagyon hatékonyak. A folyamatban lévő kutatások azon alapulnak, hogy olyan anyagokat találjanak, amelyek hatékonyabbak, csökkentett költséggel és esztétikailag kellemesek.

Solar Trivia: a PV panel eddigi (2006-ban kifejlesztett) legnagyobb hatékonysága körülbelül 41% volt!

Ez egy amerikai finanszírozású erőfeszítés az űrkutatásban. Abban az időben, az Energiaügyi Minisztérium hitte, hogy a rendszer méretezése, a kereskedelemben, végül elérte a napelem ára mindössze 3 dollár/watt, energiát előállító dollár 0.8–0.10 kilowatt/óra (kWh).

egyébként 2019–ben a napenergia ára wattonként (PPW) körülbelül $3 – $4. Egyes területeken lehet olyan alacsony, mint $2.50!

a tetőtéri napenergia-tömbből származó kilowattóra napenergia költsége körülbelül $ 0.06-$ 0.08 cent (szemben a$0.09 – $ 0.13 szén-vagy földgázból származó energiával).

take-Home üzenet: Ezek a szuper alacsony árak a napenergia megújuló energia rendkívül versenyképes fosszilis tüzelőanyagok energia ma.

sajnos az energiahatékonyság 41% – os foka még mindig nem gyakori a lakossági vagy kereskedelmi napenergia-rendszereknél. A laboratóriumokban végzett munka egy része azonban ígéretesnek tűnik.

a nagyobb hatékonyság elérése mellett a napelemeken végzett kísérleti munka az alacsonyabb költségekre és a kellemesebb megjelenésre is összpontosít.

3 fő típusú napelemek a piacon ma

az energiaigény, a költségvetés, a kozmetikai preferencia és a tér allokáció függvényében fontos mérlegelni a három lehetőség előnyeit és hátrányait a napelemek otthonában vagy vállalkozásában.

Ezek közül a napelemek közül kettő egyösszekötő napelemekből áll. Elméletileg maximális hatékonyságuk körülbelül 33%. Az egyösszekötő cellákkal eddig elért legnagyobb hatékonyság körülbelül 22%.

a vékonyfilmes napelem anyagától(anyagaitól) függően lehet egy – vagy többcsatlakozás. A multi-junction napelemek különböző anyagokból készülnek, amelyek mindegyike a legjobban különböző hullámhosszú fotonokat rögzít. Ilyen módon több napfény alakítható át elektromos energiává.

monokristályos napelemek

egyetlen szilíciumkristályból készült, ostyára szeletelt, monokristályos napelemek sorokat és oszlopokat tartalmaznak ezekből az ostyákból. Mivel a szilikon kristály (más néven ingot) hengeres, az ostyák szeletelése lekerekített éleket eredményez.

Polikristályos napelemek

Polikristályos (más néven multi-kristályos) napelemek a napelemek, amely több kristályos töredékek a szilícium. A töredékek lehetnek a monokristályos napenergia-termelés maradék darabjai. Szabálytalan módon vannak elrendezve. Ezután összeolvasztják és szilárd tömbökké alakítják őket, mielőtt ostyára vágják őket. Minden ostya téglalap alakú, mint a monokristályos társaik.

LÁSD még: Monokristályos vs Polikristályos Napelemek

Vékonyréteg-napelemek

az Úgynevezett második generációs napelemek, vékonyréteg-napelemek lehet a különböző anyagokat is beleértve:

• Amorf szilícium (nem kristályrácsban)
• Gallium-arzén
• Réz-indium-gallium-cellákat (CIGS)
• a Kadmium-tellurid (CdTe)

Minden ostya a vékonyréteg-sejt szuper-vékony, mint a többi fajta, ami rugalmas. Ezek lehet alkalmazni egy ragasztó közvetlenül a felületre (mint a tető, hajó, vagy RV), vagy állítsa be a tartós keretek (rack), mint a többi közös típusú napelemek.Lásd még: rugalmas napelemek: Alkalmazás és hasznos vásárlási tippek

itt található a három leggyakoribb napelem típus összefoglaló táblázata:

(Ha egy mobil eszköz, kérjük, húzza jobbra-balra a teljes méretű táblázat megtekintéséhez.)

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%, de elérheti a 15% – ot)	legalacsonyabb	fekete vagy kék egységes felület

4 napelem innovációk

a napelemek kutatásának és fejlesztésének átfogó célja, hogy:

• hatékonyság Növelése
• Alacsonyabb költség anyagok
• Növelése, hosszú élettartam napelemes rendszerek
• Fokozzák esztétikai megjelenés

Bár a következő napenergia-technológiák kereskedelmi forgalomban kapható, csak bizonyos területeken most itt egy pillanatra, hogy mit tudsz várom, hogy mindenütt, mint a megújuló energia forradalom előlegek.

napelem beszerzési tipp: amikor elkezdi a tetőtéri vagy háztáji napelemes tömb becslését, mindig érdeklődjön ezen újabb technológiák helyi elérhetőségéről. Csak lehet, hogy szerencsés!

Bifacial solar technology

“kétarcú” napelemek képesek elektromos áramot generálni foton érintkezéssel a napelemek mindkét oldalával.

ahogy a napfény eléri a napelem tetejét, aktiválva néhány PV cellát, tovább folytatódik és áthalad a panelen. Ezután néhány visszaverődik a panel alatti felületről (mint egy tető). Ezek a visszavert sugarak az alsó napelemeket további fotonaktiválásnak teszik ki.

A Bifacials lehet monokristályos vagy polikristályos.LÁSD MÉG: Bifacial Napelemek: Lakossági Felhasználása, illetve Tendenciák

Koncentrált FOTOVILLAMOS technológia (CPV)

az Egyik avantgárd napelem technológiákat használ, lencse vagy görbe tükör közvetlen napfényt egy adott pont, ezáltal koncentrálva egy kis multi-junction napelem.

lényegében a CPV csökkenti az energiaveszteséget a napfény diffúziójával egy nagy felületen. Ennek eredményeként a hatékonyság jelentősen javul,még inkább, mint amit egy monokristályos napelem szállít.

jelenleg a CPV drága az olyan hozzáadott komponensek miatt, mint a napelemes nyomkövetők és a hűtési mechanizmusok.

Solar tile technology

2016-ban a Tesla Elon Musk bejelentette a napelemekkel felszerelt napelemes tető koncepcióját (más néven solar slates vagy solar övsömör). A napelemek úgy működnek, mint a hagyományos napelemek. Lehet, hogy vékonyfilmes anyagból vagy monokristályos szilíciumból készülnek.

jelenleg a napelemek valamivel kevésbé hatékonyak, mint a hagyományos monokristályos napelemek.

ennek a napelem rendszernek azonban nincs olyan tartóállványa, amelybe a hagyományos napelemek be vannak helyezve, ezért vizuálisan vonzóbbnak tekintik, mint a közös beállítás. A napelemek úgy vannak felszerelve, mint a hagyományos aszfalt zsindelyek, amelyek az egész tetőfelületet lefedik.

Tesla becslése szerint napkollektoruk körülbelül 22 dollárba kerül. ft. míg mások kiszámítják a $35/sq árcédulát. ft. Ahhoz, hogy ezt a kontextusban ma, hogy fedezze egy átlagos méretű otthon solar övsömör, ez költsége felfelé $ 45k vagy több.

Átlátszó napelemek

fedezték fel, MIT kutatók, átlátszó napelemek elfog csak a hullámhosszú fény, amit a szem nem lát (közel-infravörös, ultraibolya), miközben lehetővé teszi a látható fény át.

tehát minden elméletben-a mobiltelefonoktól a laptopokig a windowsig – átlátszó napelem lehet a felületén, villamos energiát termel, de soha nem tudhatod!

itt van egy átlátszó napelem vázlatos diagramja-alacsony költségű a rendszerindításhoz-az ebben a szakaszban összekapcsolt MIT forrásból.

Jelenleg a hatékonyság átlátszó napelemek az alsó, de a kutatók lásd a 11% vagy több, nagyon valószínű, hogy a közeljövőben. Ne feledje azonban, hogy ha ezek a cellák egy hatalmas felhőkarcoló összes ablakát lefedik, például még az 5% – os hatékonyság is könnyen elfedheti az épület energiaigényének teljes költségének 25% – át.

az átlátszó napelemek másik jelentős előnye a hagyományos napelem tömbökkel szemben az, hogy nincs szükségük hatalmas földterületre vagy vízre (mint a hagyományos naperőművek) a működéshez.

Az első kereskedelmi alkalmazások (mobiltelefonok esetében) néhány év alatt várhatók.Lásd még: átlátszó napelemek: a jövőbeli energiaellátás reformja

képzelje el, milyen átalakító lesz az átlátszó napelemek széles körű használata a windows (solar windows) számára a városi helyeken! A napenergia-innováció ezen mérföldkövének elérése minden bizonnyal megdönti a globális energiafogyasztási mintát a napból származó megújuló energia javára.

A napelemek típusainak legfontosabb elvitele

a napelemek népszerűsége és hatékonysága nőtt, miközben a zöld, tiszta energia forradalom miatt csökkent az ár. Most van egy tökéletes idő, hogy fektessenek be a napelem rendszer.

az otthoni használatra szánt napelemek leggyakoribb típusai monokristályos, polikristályos vagy vékonyfilmes napelemek. Hatékonyságuk és költségük változó. A monokristályos panelek a legdrágábbak és a leghatékonyabbak. A legkevésbé drága, de általában a legkevésbé hatékony, vékonyfilmes napelemek.

a polikristályos napelemek általában mérsékelt hatékonysággal és ésszerű költségekkel rendelkeznek.