solpanelinstallationer har vuxit explosivt över hela världen under de senaste tio åren.

det bästa är att deras kostnader dramatiskt har sjunkit med 99% under de senaste fyra decennierna, så det finns ingen bättre tid än nu att dra nytta av ren solenergi för ditt hem eller företag för att sänka elräkningen.

enligt 2018-data från International Renewable Energy Alliance, (IRENA), är USA världens tredje största solenergianvändare bakom Kina och Japan. Storbritannien ligger på 7: e plats följt av Australien på 8: e plats.

När decenniet närmar sig sitt slut har prognosen för solenergi aldrig sett ljusare ut.faktum är att branschexperter förutspår att USA kommer att fördubbla sina solinstallationer från två miljoner till fyra miljoner år 2023.

mycket av den tillväxten kommer att ske förutsägbart i soliga Kalifornien, men flera andra stater går också i spetsen för solprojekt. Observera från diagrammet nedan att tre av de fem bästa staterna som ledde i solpanelinstallationer 2019 var i det inte alltför soliga nordöstra USA.

även Storbritannien, med mindre sol än många delar av USA, hade över en miljon solpanelinstallationer under 2018, en ökning med nästan 2% (när det gäller genererad kraft) från föregående år.

Australien slog under tiden 2 miljoner solinstallationsmärket 2018.

mot bakgrund av denna solenergiutveckling vart du än vänder dig, accelererad av brådskan att sluta bränna fossila bränslen och byta 100% till förnybar energi så snabbt som möjligt, kanske du tänker att det är dags att hoppa ombord.

om så är fallet, Välkommen till solenergirevolutionen!

en av de största problemen när du först överväger en solpanelinstallation för ditt hem eller företag är att välja den bästa typen av solpanel för dig.

i den här artikeln gör du ett djupt dyk i de tre huvudalternativen för solpaneler som finns tillgängliga idag. Dessa är:

• monokristallin
• polykristallin
• tunn film

den teknik som ligger till grund för alla tre av dessa typer av solpaneler har gjort betydande förbättringar över tiden för att möta dina energibehov bättre.

vi ska också undersöka vad som händer och kommer i solenergivärlden. Detta inkluderar tekniker som:

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

alla dessa innovationer inom solenergi är banbrytande och många, särskilt bifacials och CPVs, är kommersiellt tillgängliga i vissa regioner och konkurrenskraftigt prissatta. De har mycket löfte om att öka det gröna energisegmentet i den globala energiförbrukningsmixen.

till exempel förväntas bifaciala solmoduler öka tiofaldigt i kapacitet år 2024 till 28 000 megawatt (MW)! Som referens är det nuvarande nationella genomsnittet av amerikanska hem som drivs med bara en MW Sol cirka 190.

i den här artikeln ska vi först överväga vad alla solpaneler, både de i kommersiell produktion och de kommande, har gemensamt: solceller insnärjda i ett solpanelsystem.

vad är ett solpanelsystem?

ett solpanelsystem är en sammankopplad enhet, (ofta kallad en matris), av solceller (PV) som (1) fångar energi som härrör från solen i form av fotoner; och (2) omvandlar den solenergin direkt till El. Mängden el som produceras, mätt i volt eller watt, varierar beroende på systemet och typen av solcell.

varje enskild solpanel (även kallad en modul) i matrisen består av en grupp solceller förpackade tillsammans i en metallram. Det finns vanligtvis 60, 72 eller 96 solceller i en enda solpanel.

för att omvandla likström (DC) el som produceras till växelström (AC) som används i ditt hem, innehåller varje solcellssystem en växelriktare. Omformaren kan vara stor och centraliserad.

alternativt har vissa fotovoltaiska moduler en växelriktare som redan är inbyggd. Dessa kallas AC-moduler. Kabeldragning är mycket enklare med AC-moduler.

vad är solceller gjorda av?

solceller idag är mestadels gjorda av kisel, ett kemiskt element med halvledande egenskaper. I de flesta typer av solceller är kisel i kristallform.

eftersom 100% ren kiselkristall inte överför elektrisk ström, är den” dopad ”med mycket små mängder”föroreningar” —vanligtvis fosfor och bor—som lätt bär en elektrisk ström i kiselkristallgitteret.

kiseldopet med fosfor kallas N-typ (för ”negativt” eftersom det har ett överskott av elektroner).

kisel dopat med bor kallas P-typ (för ”positivt” eftersom det har ett underskott av elektroner).

När den är konstruerad med en N-typ sektion bredvid en P-typ på detta sätt kallas solcellen enkelkorsning, vilket betyder att den bara har en p-n-korsning.

När dopat kisel absorberar en del av solens energi, lossnar det några fria elektroner i processen. I det elektriska fältet i ett solpanelsystem dirigeras elektronerna för att strömma i en riktning och upprätta en elektrisk ström.

solcellens elektriska fält orsakar spänning. Den matematiska produkten av ström och spänning är ström—kraften som används för att köra dina hushållsapparater och värma eller kyla ditt hem.

andra komponenter i en solcell inkluderar en antireflekterande beläggning, eftersom kiselens naturliga glans skulle få solljus att reflektera av det—vilket inte är vad som ska hända om du vill skapa elkraft.solcellernas kiselkristaller grupperas inuti ett elektriskt fält och täcks sedan i glas för att skydda alla komponenter från väder.

vad är solcellseffektivitet?

ett mått på hur väl solpaneler absorberar solljus och omvandlar det till elektrisk energi kallas effektivitet. Ljus färdas i olika våglängder med varierande energinivåer över det elektromagnetiska spektrumets band, och inte allt absorberas av en solpanel. Mätt i elektronvolt (eV) är den typiska bandgapenergin som kan absorberas och omvandlas av en solpanel till El cirka 1,1 eV.fotoner som träffar panelen med mer energi än det (och det finns många av dem) representerar en energiförlust.

användning av olika material i solpaneler med ett lågt bandgap skulle öka antalet absorberade fotoner och följaktligen strömmen. Men det skulle också minska Panelens spänning. Eftersom strömmen är lika med ström multiplicerad med spänning, finns det en avvägning mellan materialval och elektrisk fältstyrka i solpanelutveckling.

forskning visar att det optimala bandgapet för ett material är mellan 1 och 1,6 eV.

förutom materialet i en solpanel som resulterar i viss energiförlust finns det problemet med det inre motståndet hos ett material (kallat serieresistens).kisel, som halvledare, leder inte elektrisk ström såväl som metaller. Dess seriemotstånd är faktiskt ganska högt. Detta innebär ännu en källa till hög energiförlust.

för att korrigera för detta är vissa paneler täckta med ett metallnät för att låta elektronerna röra sig lättare i det elektriska fältet, slutföra kretsen och skapa elkraft för ditt hem.

men nackdelen med detta överlappande rutnät är att det blockerar en del av PV-cellytan från att absorbera fotoner! Ett tunnare nätbeläggning skulle minimera denna förlust, men tunnheten i sig skulle bidra med betydande motstånd och resultera i mer energiförlust.

Takeaway: det finns flera anledningar till varför solceller inte är mycket effektiva. Pågående forskning bygger på att hitta material som är mer effektiva, till lägre kostnad och är estetiskt tilltalande.

Solar Trivia: Den högsta effektiviteten som någonsin spelats in för en PV-panel hittills (utvecklad 2006) var cirka 41%!

detta var en USA-finansierad insats för makt i rymdutforskning. Vid den tiden trodde energidepartementet att systemet skulle skalas kommersiellt och så småningom nå en solpanelkostnad på bara $3/watt, vilket producerar energi på $0.8–0.10 per kilowatt/timme (kWh).

förresten, i 2019 är solpriset per watt (PPW) ungefär $3–$4. I vissa områden kan det vara så lågt som $2.50!

kostnaden för en kilowattimme solenergi som härrör från en solpanel på taket är ungefär $0.06-$0.08 cent (mot $0.09–$0.13 för kol eller naturgas–härledd energi).

ta hem meddelande: Dessa superlåga priser för solenergi förnybar energi är extremt konkurrenskraftig med fossilbränsleenergi idag.

tyvärr är en 41% grad av energieffektivitet fortfarande inte vanligt för bostäder eller kommersiella solsystem. En del av arbetet i labs ser dock lovande ut.förutom att uppnå högre effektivitet fokuserar experimentellt arbete på solpaneler också på lägre kostnader och ett mer tilltalande utseende.

3 stora typer av solpaneler på marknaden idag

beroende på dina energibehov, budget, kosmetiska preferenser och rymdtilldelning är det viktigt att väga fördelarna och nackdelarna med dina tre alternativ i solpaneler för ditt hem eller företag.

två av dessa solpaneltyper består av solceller med en korsning. Teoretiskt sett är deras maximala effektivitet cirka 33%. Den högsta effektivitet som hittills uppnåtts med enkelkorsningsceller är cirka 22%.

tunnfilms solpanelen kan vara enkel-eller flerkorsning beroende på dess material(er). Multi-junction solceller är gjorda av olika material, som var och en bäst fångar fotoner med varierande våglängder. På detta sätt kan mer solljus omvandlas till elektrisk energi.

monokristallina solpaneler

Tillverkad av en enda kiselkristall som har skivts i skivor, monokristallina solpaneler innehåller rader och kolumner av dessa skivor. Eftersom silikonkristallen (även kallad en göt) är cylindrisk, skär dem i skivor gör att de har rundade kanter.

polykristallina solpaneler

polykristallin (även kallad multikristallin) solpaneler har solceller som innehåller flera kristallina fragment av kisel. Fragmenten kan vara de kvarvarande bitarna från monokristallin solproduktion. De är ordnade på ett oregelbundet sätt. Sedan smälts de ihop och formas till fasta block innan de skärs i skivor. Varje skiva är mer rektangulär än dess monokristallina motsvarigheter.

Se även: monokristallina vs polykristallina solpaneler

tunnfilms solpaneler

kallas andra generationens solceller, tunnfilms solpaneler kan tillverkas av en mängd olika material inklusive:

• amorf kisel (ingen kristallgitter)
• galliumarsenid
• koppar indium galliumselenid (CIGS)
• kadmium tellurid (CdTe)

varje skiva av en tunnfilmscell är supermager jämfört med de andra typerna, vilket gör den flexibel. De kan appliceras av ett lim direkt på en yta (som ditt tak, båt eller RV), eller ställa in i hållbara ramar (rack) ungefär som de andra vanliga typerna av solpaneler.Se även: flexibla solpaneler: Ansökan och användbara köptips

Här är en sammanfattande tabell över de tre vanligaste solpaneltyperna:

(Om du använder en Solpaneltyp) mobil enhet, svep åt vänster och höger för att se tabellen i full storlek.)

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%)	lägsta	svart eller blå enhetlig yta

4 solpanelinnovationer

de övergripande målen för forskning och utveckling i solpaneler är att:

• öka effektiviteten
• lägre materialkostnad
• öka livslängden för solsystem
• öka estetiskt utseende

även om vissa av följande solteknologier är kommersiellt tillgängliga endast i vissa områden just nu, här är en glimt av vad du kan se fram emot överallt när den förnybara energirevolutionen fortskrider.

Inköpstips för solpaneler: när du börjar få uppskattningar för din solpanel på taket eller bakgården, fråga alltid om den lokala tillgängligheten för dessa nyare tekniker. Du kan bara ha tur!

Bifacial solteknik

”tvåfasade” solpaneler kan generera elektrisk ström genom fotonkontakt med båda sidor av solceller.

När solljus träffar toppen av en solpanel, aktiverar vissa PV-celler, fortsätter den och passerar genom panelen. Sedan reflekteras en del av det tillbaka från ytan under panelen (som ett tak). De reflekterade strålarna exponerar de nedre solcellerna för ytterligare fotonaktivering.

Bifacials kan vara antingen monokristallina eller polykristallina.SE ÄVEN: Bifacial solpaneler: bostadsanvändning och trender

koncentrerad PV-teknik (CPV)

en av de mest avantgardistiska solpanelteknikerna använder linser eller böjda speglar för att rikta solljus till en specifik punkt och därigenom koncentrera den på en liten solcell med flera anslutningar.

i huvudsak minskar CPV energiförlusten genom solljusdiffusion över en stor yta. Som ett resultat förbättras effektiviteten avsevärt, ännu mer än vad en monokristallin solcell kommer att leverera.

just nu är CPV dyrt på grund av tillsatta komponenter som solspårare och kylmekanismer.

Solar tile technology

2016 tillkännagav Elon Musk från Tesla konceptet med ett soltak utrustat med solplattor (även kallade solskiffer eller solbältros). Solplattorna fungerar som traditionella solpaneler. De kan vara konstruerade av tunnfilmmaterial eller monokristallint kisel.

just nu är solplattor något mindre effektiva än konventionella monokristallina solceller.

detta solpanelsystem har dock inget stödställ som traditionella solpaneler placeras i, och anses därför mer visuellt tilltalande än den vanliga installationen. Solplattor installeras som konventionella asfaltbältros och spänner över hela takytan.

Tesla uppskattar att deras soltak kostar ungefär $22/kvm. fot. medan andra beräknar en prislapp på $35 / kvm. fot. För att sätta detta i sammanhang idag, för att täcka ett medelstort hem med solbältros, kan det kosta upp till $45K eller mer.

transparenta solpaneler

upptäckt av MIT-forskare fångar transparenta solpaneler endast våglängderna av ljus som våra ögon inte kan se (nära infraröd och ultraviolett) samtidigt som synligt ljus passerar igenom.så, allt i teorin—från mobiltelefoner till bärbara datorer till windows-kan ha en transparent solpanel på ytan och producera el, men du skulle aldrig veta det!

Här är ett schematiskt diagram över en transparent solcell—låg kostnad för att starta-taget från MIT—källan länkad i detta avsnitt.

för närvarande är effektiviteten för transparenta solpaneler på den låga änden, men forskare ser 11% eller mer mycket troligt inom en snar framtid. Observera dock att om dessa celler täcker alla fönster i en enorm skyskrapa, till exempel, kan även en 5% effektivitet lätt täcka 25% av den totala kostnaden för byggnadens kraftbehov.

en annan betydande fördel med transparenta solpaneler jämfört med konventionella solpaneler är att de inte behöver stora utbredningar av mark eller vatten (som traditionella solgårdar gör) för att fungera.

första kommersiella applikationer (för mobiltelefoner) förväntas om några år.Se även: transparenta solpaneler: reformera framtida energiförsörjning

Föreställ dig hur transformativ den utbredda användningen av transparenta solpaneler för fönster (solfönster) i urbana platser kommer att vara! Att uppnå denna milstolpe i solenergiinnovation kommer definitivt att luta det globala energiförbrukningsmönstret till förmån för förnybar energi från solen.

viktiga takeaways på typer av solpaneler

solpanelinstallationer har ökat i popularitet och effektivitet samtidigt som de minskar i pris på grund av den gröna, rena energirevolutionen. Nu är det en perfekt tid att investera i ett solpanelsystem.

de vanligaste typerna av solpaneler för hemmabruk består av monokristallina, polykristallina eller tunnfilms solceller. De varierar i effektivitet och kostnad. Monokristallina paneler är de dyraste och mest effektiva. De billigaste, men vanligtvis minst effektiva, är tunnfilms solpaneler.

polykristallina solceller har vanligtvis måttliga effektivitetsvinster och rimliga kostnader.