Слънчеви панели

Обща информация за соларните панели


img

Слънчевите панели генерират електрическа енергия, като преобразуват слънчевата радиация в електричество с постоянен ток, използвайки полупроводници, които показват фотоволтаичен ефект. Слънчевите панели, известни също като слънчева фотоволтаика (PV), улавят слънчевата енергия чрез използване на слънчеви (фотоволтаични) клетки. Тези клетки не се нуждаят от директна слънчева светлина за работа - те все още могат да генерират електричество в облачен ден. Клетките преобразуват слънчевата светлина в електричество, което може да се използва за домакински уреди и осветление.


Слънчевите клетки произвеждат електроенергия от постоянен ток от слънчева светлина, която може да се използва за захранване на оборудване или за зареждане на батерия. Първото практическо приложение на фотоволтаиците беше захранване на орбита около спътници и други космически кораби, но днес повечето от фотоволтаичните модули се използват за генериране на електроенергия, свързана с мрежата. В този случай от инвертора се изисква да преобразува DC към AC. Има по-малък пазар за извънгабаритна мощност за отдалечени жилища, лодки, коли за отдих, електрически автомобили, спешни телефони край пътя, дистанционно наблюдение и катодна защита на тръбопроводите.


Фотоволтаичното производство на електроенергия използва слънчеви панели, съставени от няколко соларни клетки, съдържащи фотоволтаичен материал. Материалите, използвани понастоящем за слънчеви панели, включват монокристален силиций, поликристален силиций, аморфен силиций, кадмиев телурид и меден индиев галиев селенид / сулфид. Поради нарастващото търсене на възобновяеми енергийни източници, производството на слънчеви клетки и фотоволтаични масиви се развива значително през последните години.



img

img

Как работят слънчевите панели


Фотоволтаичните (PV) клетки се образуват от пластинки от полупроводников материал и въпреки че сега има няколко вида продукти, използващи различни материали, най-често използваният полупроводник е силиций. Чисто кристалният силиций е лош електрически проводник, но го третира с малки количества примес, фосфор или арсен (процес, наречен "допинг") и достатъчно електрони от тези материали са освободени, за да позволят преминаването на ток. Електроните са отрицателно заредени, така че този тип силиций се нарича N-Type. В кристалната решетка се създават силиций с галий или борон и "дупки", където силициевият електронен елемент няма нищо общо с него. Тези отвори могат да водят електрически ток, а липсата на електронен създава положително заряд, така че този вид силиций се нарича P-Type.


И двата вида силиций са скромни електрически проводници, откъдето идва и името полупроводници. Поставете слой от всеки вид заедно във вафли, като например във фотоволтаична клетка, а свободните електрони в страната N мигрират към свободните отвори на страната P. Това води до нарушаване на електрическата неутралност, където дупките и електроните се смесват в кръстопътя на двата слоя. В крайна сметка се образува бариера, която предотвратява преминаването на електроните от страната на P и се образува електрическо поле, разделящо двете страни.


Това електрическо поле действа като диод, позволяващ на електроните да преминават от страната P към страната N, но не и обратно. Изложете клетката на светлина и енергията от всеки фотон (лека частица), удряща силикона, ще освободи електрона и съответната дупка. Ако това се случи в диапазона на влиянието на електрическото поле, електроните ще бъдат изпратени към N-страната и дупките към P-то, което ще доведе до допълнително прекъсване на електрическата неутралност. Нанесете външна пътека, свързваща двете страни на силиконовата вафла, и електроните ще се върнат обратно към оригиналната си P страна, за да се обединят с дупките, изпратени от електрическото поле. Този поток от електрони е ток; електрическото поле в клетката причинява напрежение и продуктът на тези две е захранван. Няколко фактора влияят върху ефективността на слънчевата клетка. Някои клетки, главно такива, направени от един единствен материал, са ефективни само при определени светлинни дължини на вълните.


Единичните клетки могат най-много да очакват да преобразуват около 25% от светлината, удряйки я на електрическа енергия. Изследванията се провеждат в клетки с множество възли, съчетаващи два или повече различни материала в една клетка. Те могат да имат теоретична ефективност до 70%, но клетките са проблематични, тъй като твърде много слоеве могат да поставят кристалите под твърде голямо напрежение. Най-ефективната клетка с множество възли досега е постигнала 30% ефективност само с два слоя. Неотдавнашно окуражаващо откритие установи, че сплавите на индий галиев нитрид имат потенциала да превърнат пълния спектър на светлина в електрическа енергия с допълнителния бонус, който би могъл да бъде и много евтин за производство.



img

Предимства


89 000 ТВ слънчева светлина, достигащи до повърхността на Земята, са многобройни - почти 6000 пъти повече от средната консумация на енергия от 15 TW. Освен това производството на слънчева електроенергия има най-висока плътност на мощността (глобална средна стойност от 170 W / m²) сред възобновяемите енергийни източници. Слънчевата енергия е без замърсяване. Производствените крайни отпадъци и емисиите са управляеми, като се използват съществуващите мерки за контрол на замърсяването. Технологиите за рециклиране на край на употреба се разработват и се разработват политики, които насърчават рециклирането от производителите. Фотоволтаичните инсталации могат да работят в продължение на много години с малка поддръжка или интервенция след първоначалното им инсталиране, така че след първоначалните капиталови разходи за изграждане на всяка слънчева електроцентрала оперативните разходи са изключително ниски в сравнение със съществуващите енергийни технологии.


От 2011 г. цената на фотоволтаичните модули за MW се е понижила с 60% от лятото на 2008 г., според оценките на Bloomberg New Energy Finance, поставяйки за пръв път слънчевата енергия на конкурентна основа с цените на дребно на електроенергия в редица от слънчевите страни. Налице е ожесточена конкуренция във веригата на доставки и по-нататъшните подобрения в равнището на разходите за енергия за слънчева енергия предстои да настъпят, което представлява нарастваща заплаха за доминирането на източниците на производство на изкопаеми горива през следващите няколко години. С напредването на времето технологиите за възобновяема енергия като цяло стават по-евтини, докато изкопаемите горива като цяло стават по-скъпи: Колкото по-малко са слънчевата енергия, толкова по-благоприятно е тя да се сравнява с конвенционалната мощност, толкова по-привлекателна става за потребителите и енергийните потребители по света. Соларната мощност в сферата на комуналните услуги може да бъде доставена в Калифорния на цени доста под $ 100 / MWh ($ 0.10 / kWh) по-малко от повечето други пикови генератори, дори и тези, работещи на нискотарифен природен газ.


По-ниските разходи за соларни модули също стимулират търсенето от потребителските пазари, където цената на слънчевата енергия е много благоприятна за електрическите цени на дребно. При свързването към мрежата генерирането на слънчева електрическа енергия замества част или цялото най-високоефективно електричество, използвано по време на върхово търсене (в повечето климатични региони). Това може да намали натоварването на мрежата и може да премахне нуждата от местно захранване на батерията, за да се използва при време на тъмнина. Тези функции се активират чрез нетно отчитане. Нетното измерване на времето за използване може да бъде много благоприятно, но изисква по-ново електронно измерване, което все още може да е непрактично за някои потребители.


Свързаната с мрежата слънчева електроенергия може да се използва локално, като по този начин се намаляват загубите от пренос / разпределение (загубите от пренос в САЩ са били около 7,2% през 1995 г.). В сравнение с изкопаемите и ядрените източници на енергия, много малко средства за научни изследвания са инвестирани в разработването на слънчеви клетки, така че има значително място за подобрение. Независимо от това експерименталните високоефективни слънчеви клетки вече имат ефективност от над 40% в случай на концентриране на фотоволтаични клетки и ефективността бързо нараства, докато разходите за масово производство бързо падат.


Недостатъци


Слънчевото електричество не се произвежда през нощта и е значително намалено при облачни условия, изискващи алтернативни източници на енергия. Докато много сгради с фотоволтаични матрици са свързани в електрическата мрежа, която абсорбира излишната електроенергия, генерирана през целия ден и осигурява електричество през нощта, такива системи използват инвертор за свързване на мрежата, за да преобразуват променлив ток (DC) загуба от 4-12%. Системите извън мрежата използват или батерии за съхранение, които също имат значителни загуби на енергия и изискват редовна поддръжка или генератори на двигатели, които консумират скъпо гориво. Производството на слънчева електроенергия зависи от ограничената плътност на мощността на слънчевото затопляне. Средната дневна мощност на един плосък колектор при ширина на наклона в съседните САЩ е 3-7 киловатчаса / м² / ден и средно по-ниска в Европа.


Слънчевото електричество е по-скъпо от повечето други форми на производство на алтернативна енергия в малък мащаб. Без правителства, налагащи "тарифи за доставка" за зелена слънчева енергия, слънчевата PV е по-малко достъпна за собствениците на жилища, отколкото слънчевата гореща вода или слънчевото отопление. Фотоволтаичните панели са специално изключени в Европа от Директивата за ограничението на опасните вещества (RoHS) от 2003 г. насам и отново са изключени през 2011 г. Калифорния до голяма степен е приела стандарта RoHS чрез EWRA. Поради това PV панелите могат законосъобразно в Европа и Калифорния да съдържат олово, живак и кадмий, които са забранени или ограничени във всяка друга електроника. Голяма част от инвестициите в домашно монтирана система могат да бъдат загубени, ако собственикът се движи и купувачът намалява стойността на системата, отколкото продавача.