Wie Sonnenkollektoren funktionieren

Das Design einer Solarbatterie und das Funktionsprinzip hängen davon ab, aus welchen Materialien und aus welcher Technologie sie besteht. Daher müssen Sie die Merkmale der Hauptoptionen verstehen, um ihre Unterschiede zu verstehen und die geeignete Lösung für die Verwendung auszuwählen. Alle Daten sind für hochwertige Produkte relevant, billige Batterien erfüllen möglicherweise nicht die angegebenen Parameter, da sie häufig mit Verstößen gegen die Technologie hergestellt werden.

Starres Standard-Solarfelddesign.

Terminologie

Die wichtigsten Begriffe in diesem Bereich:

1. Solarenergie ist Strom, der bei der Nutzung von Solarmodulen aus der Sonne gewonnen wird.
2. Sonneneinstrahlung - zeigt an, wie viel Sonnenlicht auf einen Quadratmeter einer Oberfläche fällt, die senkrecht zu den Strahlen steht.
3. Photovoltaikzellen sind Module, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln können. Normalerweise produzieren sie 1 bis 2 Watt Energie, aber es gibt auch produktivere Optionen.
4. Eine Photovoltaikanlage ist eine Anlage, die Sonnenlicht in Strom umwandelt.
5. Sonnenkollektoren oder Paneele sind eine Gruppe von Photovoltaikzellen, die zu einem großen Modul gruppiert und in Reihe oder in Reihe parallel geschaltet sind. Typischerweise enthält eine Batterie 36 bis 40 Segmente.
6. Ein Array ist eine Reihe von Solarmodulen, die verbunden sind, um die gewünschte Strommenge bereitzustellen.
7. Rahmenmodule - Strukturen in einem Aluminiumrahmen, langlebig und versiegelt.
8. Rahmenlose Elemente sind flexible Optionen, sie werden bei geringeren Belastungen eingesetzt.
9. Kilowattstunde (kW) ist ein Standardmaß für elektrische Leistung.
10. Effizienz (Effizienz) - Sonnenkollektoren. Zeigt an, wie viel Sonnenenergie, die auf die Oberfläche trifft, in Strom umgewandelt wird. Normalerweise beträgt der Indikator 15-24%.
11. Degradation ist eine Abnahme der Kapazität von Solarmodulen, die aufgrund natürlicher Ursachen auftritt. Es wird als Prozentsatz der ursprünglichen Indikatoren gemessen.
12. Spitzenlasten sind Zeiten, in denen am meisten Strom benötigt wird.
13. Kristallines Silizium ist der Rohstoff für die Herstellung von Solarmodulen. Die häufigste und langlebigste Option für heute.
14. Amorphes Silizium ist eine Zusammensetzung, die durch Verdampfung auf der Oberfläche abgeschieden und mit einer Schutzzusammensetzung bedeckt ist.
15. Halbleiter sind Stoffe, die unter bestimmten Bedingungen Strom leiten können. Dazu gehören die meisten neuen Materialien, die bei der Herstellung von Solarmodulen verwendet werden.
16. Ein Wechselrichter ist ein Gerät zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom.
17. Controller - regelt die Ausgangsspannung der Solarmodule, um die Batterien richtig aufzuladen.

Karte der Sonneneinstrahlung auf dem Territorium Russlands.

Dies sind nur die gebräuchlichsten Begriffe, es gibt noch weitere Optionen. Aber selbst wenn Sie die Grundlagen kennen, können Sie das Thema viel besser verstehen.

Qualitätskategorien

Um die Qualität eines Solarmoduls beurteilen zu können, muss zunächst die Klasse der Rohstoffe ermittelt werden, die für die Herstellung von Photovoltaikzellen verwendet werden. Davon hängen Effizienz und Lebensdauer fertiger Produkte ab. 4 Hauptklassen:

1. Klasse A - die beste Option, bei der es keine Schäden und Risse gibt. Die Gleichmäßigkeit der Füllung und die Glätte der Oberfläche garantieren eine hohe Leistung, die oft sogar höher ist als in der Dokumentation angegeben. Darüber hinaus hat diese Option die niedrigste Verschlechterungsrate und behält über einen langen Zeitraum eine gute Leistung.
2. Note B etwas schlechter in der Qualität, es kann zu Mängeln an der Oberfläche kommen. Gleichzeitig ermöglicht die Verwendung jedoch meistens, Produkte zu erhalten, die in ihrer Effizienz mit Klasse A vergleichbar sind. Die Degradationsindikatoren sind um eine Größenordnung schlechter, daher verlieren sie ihre ursprünglichen Eigenschaften schneller.
3. Klasse C - eine Option, bei der ziemlich schwerwiegende Mängel auftreten können - von Rissen bis hin zu Spänen und anderen Schäden. Zu einem Preis sind solche Module viel billiger, aber ihre Effizienz übersteigt 15% nicht. Eine kostengünstige Lösung, die für kleine Lasten geeignet ist.
4. Grad D - Im Wesentlichen ist dies der Abfall, der nach der Herstellung von Photovoltaikzellen zurückbleibt und nicht zur Herstellung von Batterien verwendet werden sollte. Aber viele nicht sehr ehrliche Hersteller, insbesondere aus Asien, verwenden sie in der Produktion. Die Leistung dieser Option ist extrem gering.

Es ist besser, die erste Option zu wählen, im Extremfall ist auch die zweite geeignet.Nur sie können eine normale Effizienz bieten und lange Zeit dienen.

Auch die Schutzfolie von Solarmodulen muss hochwertig sein.

EVA-Laminiermaterial ist eine spezielle Folie, die sich auf der Vorderseite befindet und auf der falschen Seite verwendet werden kann. Der Hauptzweck besteht darin, Arbeitselemente vor schädlichen Einflüssen zu schützen, ohne das Sonnenlicht zu beeinträchtigen. Hochwertige Optionen halten etwa 25 Jahre, minderwertige - von 5 bis 10. Es ist unmöglich, die Sorte mit dem Auge zu bestimmen, daher ist es einfacher, vom Preis auszugehen - für gute Optionen wird es nicht niedrig sein.

Im Video verstehen sie beispielsweise anschaulich, wie ein elektrischer Strom unter dem Einfluss von Sonnenlicht entsteht.

Arbeitsprinzip

Es ist ziemlich schwierig, die Eigenschaften der Solarbatterie zu erklären, aber Sie können die allgemeinen Punkte verstehen:

1. Wenn Sonnenlicht auf Photozellen trifft, beginnt dort die Bildung von Elektron-Loch-Paaren im Ungleichgewicht.
2. Aufgrund des Elektronenüberschusses beginnen sie, sich in die untere Schicht des Halbleiters zu bewegen.
3. An den externen Stromkreis wird Spannung angelegt. Ein positiver Pol erscheint am Kontakt der p-Schicht und ein negativer Pol erscheint am Kontakt der n-Schicht.
4. Wenn eine Batterie an die Fotozellen angeschlossen ist, entsteht ein Teufelskreis, und sich ständig bewegende Elektronen sorgen für eine allmähliche Aufladung der Batterie.
5. Herkömmliche Siliziummodule sind Single-Junction-Zellen, die nur aus einem bestimmten Spektrum des Sonnenlichts Strom erzeugen können. Aus diesem Grund ist die Effizienz der Ausrüstung gering.
6. Um das Problem zu lösen, haben Hersteller Kaskadenoptionen entwickelt, sie können Energie aus verschiedenen Strahlen des Sonnenspektrums entnehmen.Dies erhöht die Effizienz, aber aufgrund der hohen Produktionskosten ist der Preis für solche Panels viel höher.
7. Die nicht in Strom umgewandelte Energie wird in Wärme umgewandelt, sodass sich Solarpanels im Betrieb auf bis zu 55 Grad und Halbleiterbatterien auf bis zu 180 Grad erhitzen. Außerdem nimmt der Wirkungsgrad der Solarbatterie ab, wenn sich die Solarbatterie erwärmt.

Das einfachste Schema der Solarbatterie.

Übrigens! Sonnenkollektoren sind an klaren Wintertagen am effizientesten, wenn genügend Licht vorhanden ist und die niedrige Temperatur die Oberfläche kühlt.

Woraus sind sie gemacht

Um das Gerät einer Solarbatterie zu untersuchen, müssen Sie die Hauptvarianten verstehen, da die Produktionstechnologie je nach verwendeten Rohstoffen erhebliche Unterschiede aufweist:

1. Batterien CdTe. Cadmiumtellurid wird bei der Herstellung von Folienmodulen verwendet. Eine Schicht von mehreren hundert Mikrometern reicht aus, um einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 11 % oder etwas mehr zu erreichen. Dies ist offen gesagt eine niedrige Zahl, aber bezogen auf 1 Watt Leistung sind die Stromkosten mindestens 30 % günstiger als herkömmliche Siliziumoptionen. Trotz der Tatsache, dass diese Sorte viel dünner und leichter ist.
2. CIGS-Typ. Die Abkürzung bedeutet, dass die Zusammensetzung Kupfer, Indium, Gallium und Selen enthält. Es stellt sich ein Halbleiter heraus, der ebenfalls in einer kleinen Schicht aufgetragen wird, aber anders als bei der ersten Variante ist hier der Wirkungsgrad um eine Größenordnung höher und beträgt 15%.
3. GaAs- und InP-Typen unterscheidet die Möglichkeit, eine dünne Schicht von 5-6 Mikron aufzutragen, während die Effizienz etwa 20% beträgt. Dies ist ein neues Wort in Technologien zur Gewinnung von Strom aus Sonnenlicht.Aufgrund der hohen Betriebstemperaturen können Akkus ohne Leistungsverlust sehr heiß werden. Aufgrund der Tatsache, dass bei der Herstellung Seltenerdmaterialien verwendet werden, sind die Kosten dieser Art jedoch hoch.
4. Quantenpunktbatterien (QDSC). Sie verwenden Quantenpunkte als absorbierendes Material zur Umwandlung von Sonnenenergie anstelle herkömmlicher Massenmaterialien. Aufgrund der Eigenschaften der Bandlückenabstimmung ist es möglich, Mehrfachverbindungsmodule herzustellen, die Sonnenenergie effizienter absorbieren.
5. Amorphes Silizium aufgedampft und hat eine heterogene Struktur. Es hat keinen hohen Wirkungsgrad, aber eine homogene Oberfläche absorbiert auch Streulicht sehr gut.
6. Polykristallin Varianten werden hergestellt, indem Silizium geschmolzen und unter bestimmten Bedingungen abgekühlt wird, um unidirektionale Kristalle herzustellen. Eine der gebräuchlichsten Lösungen aufgrund der niedrigen Produktionskosten und der guten Effizienzindikatoren.
7. Einkristallin Elemente bestehen aus massiven Kristallen, die in dünne Platten geschnitten und mit Phosphor dotiert sind. Die langlebigste Lösung mit geringen Abbauraten und einer Lebensdauer von mindestens 30 Jahren, meistens jedoch 10-15 Jahre länger.

Batterien aus Cadmiumtellurid sind eine der profitabelsten in Bezug auf die Kosten pro Kilowatt Strom.

Übrigens! Die Wirksamkeit der einen oder anderen Option hängt von der Produktionstechnologie ab und muss daher geklärt werden.

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Vor- und Nachteile von Solarmodulen

Jeder Typ hat seine eigenen Eigenschaften, die bei der Auswahl berücksichtigt werden sollten, um zu entscheiden, welcher Typ am besten geeignet ist:

1. Monokristalline Paneele haben die höchste Effizienz und dadurch wird Platz für die Platzierung von Modulen eingespart. Sie halten mindestens 25 Jahre und verlieren langsam an Leistung. Gleichzeitig ist die Oberfläche sehr schmutzempfindlich, sie muss häufig gewaschen werden. Und der Preis ist der höchste aller siliziumbasierten Optionen.
2. Polykristalline Optionen absorbieren die Sonnenstrahlen nicht so effizient, funktionieren aber besser bei diffusem Licht. In Bezug auf das Preis-Leistungs-Verhältnis sind sie rentabler, nehmen jedoch aufgrund der geringeren Effizienz mehr Platz ein.
3. Amorphe Siliziumbatterien können überall platziert werden, auch an Gebäudewänden, da sie Streulicht gut absorbieren. Mit einem geringen Wirkungsgrad haben sie einen niedrigen Preis, sodass sie als Sparoption eingesetzt werden können. Gleichzeitig dienen sie lange und haben keine Angst vor Oberflächenkontamination.
4. Die Optionen für seltene Erden haben ähnliche Vor- und Nachteile, sodass Sie sie zusammen betrachten können. In Bezug auf die Effizienz sind sie klassischen Paneelen überlegen, sie können bequem auf die Folie aufgebracht werden. Sie haben einen größeren Temperaturbereich, sodass die Erwärmung die Arbeitseffizienz nicht beeinträchtigt. Aufgrund des hohen Preises und der Seltenheit von Metallen werden solche Optionen jedoch nicht häufig verwendet.

Die wandmontierte Option vereinfacht die Installationsarbeiten.

Wo werden sie eingesetzt

Alle betrachteten Optionen können im privaten Bereich installiert werden, um Strom von der Sonne zu erhalten und Energieressourcen zu sparen oder sogar eine vollständige Autonomie zu erreichen. Für die Verwendung müssen Sie einige einfache Empfehlungen berücksichtigen:

1. Monokristalline und polykristalline Optionen werden am besten auf dem Dach oder auf dem Boden platziert, nachdem der Rahmen zuvor im gewünschten Winkel gebaut wurde.Es ist wünschenswert, dass der Neigungswinkel reguliert wird, damit Sie sich an die Sonne anpassen können.
2. Folienmodule können überall platziert werden, sowohl an Wänden als auch auf Dächer. Sie funktionieren auch dann gut, wenn die Strahlen nicht im rechten Winkel auf die Oberfläche treffen, was sehr wichtig ist.
3. Im industriellen Maßstab werden Folienbatterien auch bevorzugt, da sie billiger und einfacher zu installieren sind.

Filmoptionen sind mit viel Arbeit einfacher zu installieren.

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, aber etwa 90 % des Marktes werden aufgrund ihres niedrigen Preises und ihrer guten Leistung von traditionellen Siliziummodellen eingenommen. Man kann sich für eine der Halbleiterlösungen entscheiden, muss dann aber eineinhalb bis zwei Mal mehr Geld ausgeben.