instalacje paneli słonecznych gwałtownie wzrosły na całym świecie w ciągu ostatnich dziesięciu lat.

najlepsze jest to, że ich koszty dramatycznie spadły o 99% w ciągu ostatnich czterech dekad, więc nie ma lepszego czasu niż teraz, aby skorzystać z czystej energii słonecznej dla domu lub firmy, aby obniżyć rachunki za energię elektryczną.

według danych z 2018 roku International Renewable Energy Alliance (IRENA), Stany Zjednoczone są trzecim co do wielkości użytkownikiem energii słonecznej na świecie, po Chinach i Japonii. Wielka Brytania jest na 7 miejscu, a Australia na 8 miejscu.

wraz z końcem dekady prognozy dotyczące energii słonecznej nigdy nie wyglądały jaśniej.

w rzeczywistości eksperci branżowi przewidują, że Stany Zjednoczone podwoią swoje instalacje słoneczne z dwóch milionów do czterech milionów do 2023 roku.

wiele z tego wzrostu będzie miało miejsce w słonecznej Kalifornii, ale kilka innych stanów również przewodzi projektom słonecznym. Zauważ z poniższego wykresu, że trzy z pięciu najlepszych Stanów wiodących w instalacjach paneli słonecznych w 2019 r.znajdowały się w niezbyt słonecznych północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych.

nawet Wielka Brytania, z mniejszą ilością słońca niż wiele części USA, miała ponad milion instalacji paneli słonecznych w 2018 roku, co oznacza wzrost o prawie 2% (pod względem generowanej energii) w stosunku do poprzedniego roku.

w 2018 r.Australia osiągnęła 2 miliony instalacji słonecznych.

w świetle tego trendu energii słonecznej, gdziekolwiek się zwrócisz, przyspieszonego przez pilną potrzebę zaprzestania spalania paliw kopalnych i jak najszybszego przejścia w 100% na energię odnawialną, może myślisz, że nadszedł czas, aby wskoczyć na pokład.

Jeśli tak, Witamy w rewolucji energii słonecznej!

jednym z głównych problemów, gdy początkowo rozważasz instalację paneli słonecznych w domu lub firmie, jest wybór najlepszego rodzaju panelu słonecznego dla ciebie.

w tym artykule omówisz trzy główne opcje paneli słonecznych dostępnych obecnie. Są to:

• Monokrystaliczny
• Polikrystaliczny
• cienka folia

technologie leżące u podstaw wszystkich trzech tego typu paneli słonecznych z czasem znacznie się poprawiły, aby lepiej zaspokoić potrzeby energetyczne.

będziemy również badać, co się dzieje i nadchodzi w świecie energii słonecznej. Obejmuje to takie technologie jak:

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

wszystkie te innowacje w dziedzinie energii słonecznej są najnowocześniejsze, a wiele, zwłaszcza bifacials i CPV, jest dostępnych na rynku w niektórych regionach i konkurencyjnych cenach. Obiecują, że wzmocnią segment zielonej energii w globalnym miksie zużycia energii.

na przykład oczekuje się, że dwufazowe moduły słoneczne wzrosną dziesięciokrotnie w mocy przez 2024 do 28,000 megawatów (MW)! Dla porównania, obecna średnia krajowa amerykańskich domów zasilanych tylko jedną MW energii słonecznej wynosi około 190.

w tym artykule najpierw zastanowimy się, co mają wspólnego wszystkie panele słoneczne, zarówno te w produkcji komercyjnej, jak i te, które dopiero nadejdą: ogniwa słoneczne wbudowane w system paneli słonecznych.

co to jest system paneli słonecznych?

system paneli słonecznych jest połączonym ze sobą zespołem (często nazywanym tablicą) ogniw słonecznych fotowoltaicznych (PV), które (1) wychwytują energię emanującą ze Słońca w postaci fotonów; i (2) przekształcają tę energię słoneczną bezpośrednio w energię elektryczną. Ilość wytwarzanej energii elektrycznej, mierzona w woltach lub watach, różni się w zależności od systemu i rodzaju ogniwa słonecznego.

każdy pojedynczy panel słoneczny (zwany także modułem) w tablicy składa się z grupy ogniw słonecznych zapakowanych razem w metalową ramę. W jednym panelu słonecznym znajduje się zazwyczaj 60, 72 lub 96 ogniw słonecznych.

aby przekształcić prąd stały (DC) wytwarzany w prąd zmienny (AC) używany w domu, każdy system ogniw słonecznych zawiera falownik. Falownik może być duży i scentralizowany.

alternatywnie, niektóre Moduły fotowoltaiczne mają już wbudowany falownik. Są to tzw. Moduły AC. Okablowanie jest znacznie prostsze dzięki modułom AC.

z czego zbudowane są ogniwa słoneczne?

ogniwa słoneczne są dziś w większości wykonane z krzemu, pierwiastka chemicznego o właściwościach półprzewodnikowych. W większości typów ogniw słonecznych krzem ma postać kryształu.

ponieważ 100% czysty kryształ krzemu nie przenosi prądu elektrycznego, jest „domieszkowany” bardzo małymi ilościami „zanieczyszczeń”—Zwykle fosforu i boru—które łatwo przenoszą prąd elektryczny w sieci krystalicznej krzemu.

krzem domieszkowany fosforem nazywany jest typem N (dla „ujemnego”, ponieważ ma nadmiar elektronów).

krzem domieszkowany borem jest określany jako typ P (dla „dodatni”, ponieważ ma deficyt elektronów).

Po zbudowaniu w ten sposób jednej sekcji typu N obok jednego typu P, ogniwo słoneczne nazywa się pojedynczym złączem, co oznacza, że ma tylko jedno złącze p-n.

Kiedy domieszkowany krzem pochłania część energii słońca, usuwa niektóre wolne elektrony w tym procesie. W polu elektrycznym systemu paneli słonecznych elektrony są kierowane do przepływu w jednym kierunku, ustanawiając prąd elektryczny.

pole elektryczne ogniwa słonecznego powoduje napięcie. Matematycznym iloczynem prądu i napięcia jest moc-moc używana do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego i ogrzewania lub chłodzenia domu.

inne elementy ogniwa słonecznego zawierają powłokę antyrefleksyjną, ponieważ naturalny połysk krzemu spowodowałby odbijanie się od niego światła słonecznego-co nie jest tym, co powinno się zdarzyć, jeśli chcesz stworzyć energię elektryczną.

krzemowe kryształy ogniw słonecznych są zgrupowane wewnątrz pola elektrycznego, a następnie pokryte szkłem, aby chronić wszystkie komponenty przed warunkami atmosferycznymi.

co to jest sprawność ogniw słonecznych?

miarą tego, jak dobrze panele słoneczne absorbują światło słoneczne i przekształcają je w energię elektryczną, jest efektywność. Światło przemieszcza się w różnych długościach fal o różnych poziomach energii w pasmach widma elektromagnetycznego i nie wszystko jest absorbowane przez panel słoneczny. Mierzona w elektronowoltach (eV), typowa energia szczeliny pasma, która może być pochłonięta i przekształcona przez panel słoneczny w energię elektryczną, wynosi około 1,1 eV.

fotony uderzające w panel z większą ilością energii niż ta (A jest ich dużo) stanowią stratę energii.

zastosowanie różnych materiałów w panelach słonecznych o małej szczelinie pasmowej zwiększyłoby liczbę pochłanianych fotonów, a co za tym idzie-prąd. Ale zmniejszyłoby to również napięcie panelu. Ponieważ moc jest równa prądowi pomnożonemu przez napięcie, istnieje kompromis między doborem materiału a natężeniem pola elektrycznego w rozwoju paneli słonecznych.

badania pokazują, że optymalna szczelina Pasma materiału wynosi od 1 do 1,6 eV.

oprócz materiału panelu słonecznego powodującego pewną utratę energii, istnieje problem rezystancji wewnętrznej materiału (zwanej rezystancją szeregową).

krzem, jako półprzewodnik, nie przewodzi prądu elektrycznego tak jak metale. Jego odporność szeregowa jest w rzeczywistości dość wysoka. Przekłada się to na kolejne źródło wysokich strat energii.

aby to naprawić, niektóre panele są pokryte metalową siatką, aby umożliwić elektronom łatwiejsze poruszanie się w polu elektrycznym, Ukończenie obwodu i wytworzenie energii elektrycznej dla Twojego domu.

ale minusem tej nakładającej się siatki jest to, że blokuje ona część powierzchni ogniw fotonowych przed absorbowaniem fotonów! Cieńsze pokrycie siatki zminimalizowałoby tę stratę, ale sama cienkość przyczyniłaby się do znacznej odporności i spowodowałaby większe straty energii.

Trwające badania opierają się na znalezieniu materiałów, które są bardziej wydajne, przy niższych kosztach i są estetyczne.

ciekawostki dotyczące energii słonecznej: najwyższa wydajność w historii paneli fotowoltaicznych (opracowana w 2006 roku) wynosiła około 41%!

W tym czasie Departament Energii wierzył, że system zostanie skalowany komercyjnie, ostatecznie osiągając koszt panelu słonecznego wynoszący zaledwie 3 USD / Wat, wytwarzając energię w wysokości 0,8-0,10 USD za kilowat / godzinę (kWh).

nawiasem mówiąc, w 2019 r. cena energii słonecznej za wat (PPW) wynosi około $3–$4. W niektórych obszarach może to być tak niskie, jak $2.50!

koszt kilowatogodziny energii słonecznej pochodzącej z paneli słonecznych na dachu wynosi około $0.06-$0.08 centów (w porównaniu do $0.09–$0.13 dla energii pochodzącej z węgla lub gazu ziemnego).

: Te bardzo niskie stawki za energię odnawialną słoneczną są obecnie niezwykle konkurencyjne w stosunku do energii z paliw kopalnych.

Niestety, 41% stopień efektywności energetycznej nadal nie jest powszechny w domowych lub komercyjnych systemach słonecznych. Jednak część prac wykonanych w laboratoriach wygląda obiecująco.

oprócz osiągnięcia wyższej wydajności, prace eksperymentalne nad panelami słonecznymi koncentrują się również na niższych kosztach i bardziej przyjemnym wyglądzie.

3 główne rodzaje paneli słonecznych na rynku

w zależności od potrzeb energetycznych, budżetu, preferencji kosmetycznych i przydziału przestrzeni, ważne jest, aby rozważyć zalety i wady trzech opcji paneli Słonecznych Dla domu lub firmy.

dwa z tych typów paneli słonecznych składają się z pojedynczych ogniw słonecznych. Teoretycznie ich maksymalna sprawność wynosi około 33%. Najwyższa wydajność osiągnięta do tej pory z ogniwami jednoczłonowymi wynosi około 22%.

cienkowarstwowy panel słoneczny może być jedno-lub wielowarstwowy w zależności od materiału (- ów). Multi-junction ogniwa słoneczne są wykonane z różnych materiałów, z których każdy najlepiej rejestruje fotony o różnych długościach fal. W ten sposób więcej światła słonecznego można przekształcić w energię elektryczną.

monokrystaliczne panele słoneczne

zbudowane z pojedynczego kryształu krzemu, który został pokrojony w płytki, monokrystaliczne panele słoneczne zawierają rzędy i kolumny tych płytek. Ponieważ kryształ silikonowy (zwany także sztabką) jest cylindryczny, krojenie ich w wafle powoduje, że mają zaokrąglone krawędzie.

polikrystaliczne panele słoneczne

polikrystaliczne (zwane również wielokrystalicznymi) panele słoneczne mają ogniwa słoneczne zawierające wiele krystalicznych fragmentów krzemu. Fragmenty mogą być pozostałościami po monokrystalicznej produkcji energii słonecznej. Są one rozmieszczone w sposób nieregularny. Następnie są one topione razem i formowane w stałe bloki, zanim zostaną pocięte na wafle. Każdy Wafel jest bardziej prostokątny niż jego monokrystaliczne odpowiedniki.

Zobacz także: Monokrystaliczne i polikrystaliczne panele słoneczne

cienkowarstwowe panele słoneczne

zwane ogniwami słonecznymi drugiej generacji, cienkowarstwowe panele słoneczne mogą być wykonane z różnych materiałów, w tym:

• amorficzny krzem (bez siatki krystalicznej)
• arsenek galu
• Selenek galu miedzi indu (CIGS)
• Tellurek kadmu (CdTe)

każdy wafel cienkowarstwowej komórki jest super chudy w porównaniu do innych typów, dzięki czemu jest elastyczny. Mogą być nakładane za pomocą kleju bezpośrednio na powierzchnię (taką jak dach, łódź lub RV) lub ustawiane w trwałe ramy (rack), podobnie jak inne popularne typy paneli słonecznych.Zobacz też: elastyczne kolektory słoneczne: Aplikacja i pomocne wskazówki dotyczące zakupu

oto tabela podsumowująca trzy najczęstsze typy paneli słonecznych:

(Jeśli używasz Panelu Słonecznego). urządzenie mobilne, przesuń palcem w lewo i w prawo, aby wyświetlić tabelę w pełnym rozmiarze.)

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%, 15%)	Najniższa	czarna lub niebieska jednolita powierzchnia

4 innowacje w panelach słonecznych

nadrzędnymi celami badań i rozwoju w zakresie paneli słonecznych są:

• Zwiększ wydajność
• niższy koszt materiałów
• zwiększ żywotność systemów słonecznych
• zwiększ estetyczny wygląd

chociaż niektóre z poniższych technologii słonecznych są obecnie dostępne komercyjnie tylko w niektórych obszarach, oto spojrzenie na to, czego możesz oczekiwać wszędzie, gdy rewolucja energii odnawialnej postępuje.

Porada dotycząca zakupu paneli słonecznych: kiedy zaczniesz otrzymywać szacunki dotyczące swojej tablicy słonecznej na dachu lub podwórku, zawsze pytaj o lokalną dostępność tych nowszych technologii. Może Ci się poszczęści!

Bifacial solar technology

„dwuwarstwowe” panele słoneczne są w stanie generować prąd elektryczny poprzez kontakt fotonu z obiema stronami ogniw słonecznych.

gdy światło słoneczne uderza w szczyt panelu słonecznego, aktywując niektóre ogniwa fotowoltaiczne, kontynuuje i przechodzi przez panel. Następnie część z nich odbija się od powierzchni pod panelem (jak dach). Te odbite promienie wystawiają dolne ogniwa słoneczne na dalszą aktywację fotonów.

Bifacyki mogą być monokrystaliczne lub polikrystaliczne.: Bifacial Solar Panels: Residential Uses and Trends

Concentrated PV technology (CPV)

jedna z najbardziej awangardowych technologii paneli słonecznych wykorzystuje soczewki lub zakrzywione lustra do kierowania światła słonecznego do określonego punktu, koncentrując go w ten sposób na małym ogniwie słonecznym z wieloma złączami.

zasadniczo CPV zmniejsza straty energii przez dyfuzję światła słonecznego na dużej powierzchni. W rezultacie wydajność jest znacznie lepsza, nawet bardziej niż to, co zapewni monokrystaliczne ogniwo słoneczne.

obecnie CPV jest drogie ze względu na dodane komponenty, takie jak trackery słoneczne i mechanizmy chłodzenia.

Technologia płytek słonecznych

w 2016 roku Elon Musk z Tesli ogłosił koncepcję dachu słonecznego wyposażonego w płytki słoneczne (zwane również płytkami słonecznymi lub półpasiec słoneczny). Płytki słoneczne działają jak tradycyjne panele słoneczne. Mogą być zbudowane z materiału cienkowarstwowego lub krzemu monokrystalicznego.

obecnie płytki słoneczne są nieco mniej wydajne niż konwencjonalne monokrystaliczne ogniwa słoneczne.

jednak ten system paneli słonecznych nie ma stojaka wspierającego, w którym umieszczone są tradycyjne panele słoneczne, a więc uważany jest za bardziej atrakcyjny wizualnie niż zwykła konfiguracja. Płytki solarne są instalowane jak konwencjonalne gonty asfaltowe i obejmują całą powierzchnię dachu.

Tesla szacuje, że ich dach słoneczny kosztuje około $22 / sq. WP. podczas gdy inni obliczają cenę 35 USD/m2. WP. Aby umieścić to w kontekście dzisiaj, na pokrycie średniej wielkości domu z półpasiec słoneczny, może kosztować w górę $45K lub więcej.

przezroczyste panele słoneczne

odkryte przez naukowców z MIT przezroczyste panele słoneczne przechwytują tylko długości fal światła, których nasze oczy nie widzą (bliskiej podczerwieni i ultrafioletu), jednocześnie umożliwiając przechodzenie światła widzialnego.

więc wszystko w teorii – od telefonów komórkowych przez laptopy po okna-może mieć przezroczysty panel słoneczny na swojej powierzchni, wytwarzający energię elektryczną, ale nigdy byś o tym nie wiedział!

oto schematyczny schemat przezroczystego ogniwa słonecznego—Tani do uruchomienia-zaczerpnięty ze źródła MIT połączonego w tej sekcji.

obecnie wydajność przezroczystych paneli słonecznych jest na niskim poziomie, ale naukowcy widzą 11% lub więcej bardzo prawdopodobne w najbliższej przyszłości. Zauważ jednak, że jeśli ogniwa te pokrywają na przykład wszystkie okna ogromnego wieżowca, nawet sprawność 5% mogłaby z łatwością pokryć 25% całkowitego kosztu zapotrzebowania na energię budynku.

kolejną istotną zaletą przezroczystych paneli słonecznych w porównaniu z konwencjonalnymi panelami słonecznymi jest to, że nie potrzebują one ogromnych powierzchni ziemi ani wody (jak tradycyjne farmy słoneczne) do działania.

pierwsze komercyjne zastosowania (dla telefonów komórkowych) spodziewane są za kilka lat.Zobacz także: przezroczyste panele słoneczne: reformowanie przyszłego zaopatrzenia w energię

wyobraź sobie, jak transformacyjne będzie powszechne stosowanie przezroczystych paneli słonecznych do okien (okien słonecznych) w miejscach miejskich! Osiągnięcie tego kamienia milowego w dziedzinie innowacji w zakresie energii słonecznej z pewnością przechyli globalny wzór zużycia energii na rzecz energii odnawialnej pochodzącej ze słońca.

kluczowe informacje na temat typów paneli słonecznych

instalacje paneli słonecznych zyskały na popularności i wydajności, a jednocześnie spadły w cenie z powodu rewolucji ekologicznej, czystej energii. Teraz jest idealny czas, aby zainwestować w system paneli słonecznych.

najczęstsze typy paneli słonecznych do użytku domowego składają się z monokrystalicznych, polikrystalicznych lub cienkowarstwowych ogniw słonecznych. Różnią się wydajnością i kosztami. Panele monokrystaliczne są najdroższe i najbardziej wydajne. Najtańszymi, ale zazwyczaj najmniej wydajnymi, są cienkowarstwowe panele słoneczne.

polikrystaliczne ogniwa słoneczne zwykle mają umiarkowaną wydajność i rozsądne koszty.