Werking van zonnepanelen

De structuur van het zonnepaneel en het principe van de werking ervan zijn afhankelijk van de materialen en de technologie waarvan het is gemaakt. Daarom is het noodzakelijk de kenmerken van de belangrijkste opties te begrijpen om te weten wat hun verschillen zijn en de geschikte oplossing voor gebruik te kiezen. Alle gegevens zijn relevant voor kwaliteitsprodukten; goedkope batterijen voldoen mogelijk niet aan de vermelde parameters, omdat zij vaak worden vervaardigd met onregelmatigheden in de technologie.

Standaardontwerp van een stijf zonnepaneel.

Terminologie

De belangrijkste termen die op dit gebied worden gebruikt zijn:

1. Zonne-energie - elektriciteit die wordt verkregen uit de zon wanneer panelen worden gebruikt.
2. Zonne-isolatie - geeft aan hoeveel zonlicht wordt ontvangen per vierkante meter van het oppervlak dat loodrecht op de stralen staat.
3. Fotovoltaïsche cellen - modules die zonlicht kunnen omzetten in elektrische energie. Ze produceren gewoonlijk 1 tot 2 watt energie, maar er zijn opties met hogere prestaties verkrijgbaar.
4. Fotovoltaïsch systeem - een geheel van apparatuur dat licht van de zon omzet in elektriciteit.
5. Zonnecellen of -panelen zijn een groep fotovoltaïsche cellen die in een grote module zijn samengebracht en in serie of in serie-parallel zijn geschakeld. Gewoonlijk bevat een enkele batterij 36 tot 40 segmenten.
6. Array - meerdere zonnepanelen aangesloten om de benodigde hoeveelheid stroom te verkrijgen.
7. Framed modules - structuren in een aluminium frame die robuust en luchtdicht zijn.
8. Frame-loze elementen - flexibele versies, ze worden gebruikt in toepassingen met lagere belastingen.
9. Kilowattuur (kW) - een standaardmeting van elektrisch vermogen.
10. Efficiëntie (rendement) - van zonnepanelen. Geeft aan hoeveel zonne-energie die het oppervlak raakt, wordt omgezet in elektriciteit. Normaal is dat 15-24%.
11. Degradatie - vermindering van de zonnecelcapaciteit die optreedt door natuurlijke oorzaken. Gemeten als percentage van de oorspronkelijke waarden.
12. Piekbelastingen zijn de tijden waarop de grootste hoeveelheid elektriciteit nodig is.
13. Kristallijn silicium is de grondstof voor zonnepanelen. De meest voorkomende en duurzame optie vandaag.
14. Amorf silicium - samenstelling aangebracht op het oppervlak door verdamping en verzegeld met een beschermende coating.
15. Halfgeleiders - stoffen die onder bepaalde omstandigheden een stroom kunnen geleiden. Dit omvat de meeste nieuwe materialen die bij de vervaardiging van zonnecellen worden gebruikt.
16. Omvormer - een apparaat dat gelijkstroom omzet in wisselstroom.
17. Regelaar - regelt de uitgangsspanning van de zonnemodules om de accu's naar behoren op te laden.

Kaart van de insolatie in Rusland.

Dit zijn slechts de meest voorkomende termen, er zijn nog andere opties. Maar zelfs als u de grondbeginselen kent, zult u het onderwerp veel beter begrijpen.

Kwaliteitscategorieën

Om de kwaliteit van een zonnepaneel te beoordelen, moet in de eerste plaats worden nagegaan welke grondstof voor de productie van de fotovoltaïsche cellen is gebruikt. Dit is bepalend voor het rendement en de levensduur van het eindproduct. Er zijn vier hoofdklassen:

1. Rang A - De beste kwaliteit, die vrij is van beschadigingen en barsten. De homogeniteit van de vulling en de gladheid van het oppervlak garanderen hoge prestaties, die vaak zelfs hoger zijn dan in de documentatie wordt vermeld. Bovendien heeft deze variant de laagste degradatiesnelheid en handhaaft hij goede prestaties over een lange periode.
2. Rang B is van iets mindere kwaliteit, en kan onvolkomenheden vertonen. Het wordt echter vaak gebruikt om een product te maken waarvan de prestaties vergelijkbaar zijn met die van klasse A. De afbraakcoëfficiënt is veel lager en daardoor verliest het sneller zijn oorspronkelijke eigenschappen.
3. Rang C - een optie waarin zich vrij ernstige gebreken kunnen voordoen, van barsten tot spaanders en andere beschadigingen. Deze modules zijn veel goedkoper in prijs, maar ook hun rendement is nooit meer dan 15%. Een goedkope oplossing die geschikt is voor kleine ladingen.
4. Rang D - In feite is dit afvalmateriaal dat overblijft bij het maken van PV-cellen en dat niet mag worden gebruikt om batterijen te maken. Maar veel niet-zo-oneerlijke fabrikanten, vooral uit Azië, gebruiken ze bij de productie. De prestaties van deze optie zijn uiterst slecht.

Het is beter de eerste optie te kiezen, in geval van nood is de tweede ook goed. Alleen zij zullen in staat zijn een normaal rendement te leveren en zullen lang meegaan.

Beschermfolie op zonnepanelen moet ook van hoge kwaliteit zijn.

EVA-lamineermateriaal is een speciale folie die op de voorzijde wordt aangebracht en op de achterzijde kan worden gebruikt. Het voornaamste doel is de bedieningselementen te beschermen tegen schadelijke invloeden zonder het zonlicht te belemmeren. Hoogwaardige versies gaan ongeveer 25 jaar mee, laagwaardige 5 tot 10 jaar. Het is onmogelijk om een soort op het oog te definiëren, daarom is het gemakkelijker om te oordelen naar de prijs - goede varianten zullen geen lage prijzen hebben.

In de video wordt de elektrische stroom grafisch uitgelegd aan de hand van het voorbeeld van blootstelling aan zonlicht.

Hoe werkt het?

Het is moeilijk uit te leggen hoe een zonnepaneel werkt, maar er kunnen enkele algemene punten worden genoemd:

1. Wanneer zonlicht op de fotovoltaïsche cellen valt, beginnen zich daar niet-evenwichtige elektron-gat-paren te vormen.
2. De overmaat aan elektronen zorgt ervoor dat ze naar de onderste laag van de halfgeleider gaan.
3. Er wordt een spanning gecreëerd in het externe circuit. De positieve pool ontstaat bij het contact van de p-laag en de negatieve pool verschijnt bij het contact van de n-laag.
4. Als een accu wordt aangesloten op de fotovoltaïsche cellen, ontstaat een gesloten circuit en de voortdurend bewegende elektronen zorgen voor een geleidelijke oplading van de accu.
5. Conventionele siliciummodules zijn cellen met één transitie die alleen energie kunnen opwekken uit een specifiek spectrum van zonlicht. Hierdoor is het rendement van de apparatuur laag.
6. Om dit probleem op te lossen, hebben fabrikanten cascade-versies ontwikkeld; deze kunnen energie onttrekken aan verschillende stralen van het zonnespectrum. Het verhoogt de efficiëntie, maar door de hoge productiekosten is de prijs van dergelijke panelen veel hoger.
7. De energie die niet in elektriciteit wordt omgezet, wordt in warmte omgezet, zodat zonnepanelen tot 55 graden opwarmen en halfgeleiderpanelen daarbij tot 180 graden opwarmen. En als het warmer wordt, neemt de efficiëntie van het zonnepaneel af.

Het eenvoudigste schema van een zonnepaneel.

Tussen haakjes! Zonnepanelen zijn het doeltreffendst op heldere winterdagen, wanneer er veel licht is en lage temperaturen het oppervlak afkoelen.

Waar zijn zonnepanelen van gemaakt

Om de constructie van een zonnepaneel te bestuderen, moet u de belangrijkste variëteiten begrijpen, aangezien de productietechnologie aanzienlijke verschillen vertoont, afhankelijk van de gebruikte grondstoffen:

1. CdTe-batterijen. Cadmiumtelluride wordt gebruikt bij de vervaardiging van filmmodules. Een laag van een paar honderd micrometer is voldoende om een rendement van ca. 11% of iets hoger te bereiken. Maar uitgedrukt in watt per watt is het minstens 30% goedkoper dan de traditionele siliciumalternatieven. En het is een veel dunner en lichter alternatief.
2. Het CIGS-type. De afkorting betekent dat het koper, indium, gallium en selenium bevat. De resulterende halfgeleider wordt eveneens in een klein laagje aangebracht, maar in tegenstelling tot de eerste variant is het rendement hier een orde van grootte hoger, namelijk 15%.
3. GaAs en InP types zijn in staat een dunne laag van 5-6 μm af te zetten en hebben een rendement van ongeveer 20%. Dit is een nieuw woord in de technologie voor het opwekken van elektriciteit uit zonlicht. Dankzij hun hoge bedrijfstemperaturen kunnen batterijen tot een hoog niveau worden opgewarmd zonder verlies van prestaties. Maar omdat bij de productie zeldzame-aard-materialen worden gebruikt, zijn de kosten van dit type hoog.
4. Quantum dot batterijen (QDSC). Zij gebruiken quantum dots in plaats van traditionele bulkmaterialen als absorberend materiaal voor de omzetting van zonne-energie. Door de bandgaps af te stellen, is het mogelijk multi-junction modules te maken die zonne-energie efficiënter absorberen.
5. Amorf silicium wordt aangebracht door verdamping en heeft een heterogene structuur. Het is niet erg efficiënt, maar het homogene oppervlak is zeer goed in het absorberen van zelfs verstrooid licht.
6. Polykristallijn varianten die worden gemaakt door silicium te smelten en het onder bepaalde omstandigheden af te koelen om unidirectionele kristallen te verkrijgen. Een van de meest gebruikte oplossingen omdat de productie goedkoop en efficiënt is.
7. Monokristallijn cellen bestaan uit afzonderlijke kristallen die in dunne platen zijn gesneden en met fosfor zijn gelegeerd. De langst houdbare oplossing, met een laag degradatiepercentage en een levensduur van ten minste 30 jaar, maar meestal langer met 10-15 jaar.

Cadmiumtelluride-accu's behoren tot de meest rendabele in termen van kosten per kilowatt elektriciteit.

Tussen haakjes! De doelmatigheid van deze of gene variant hangt af van de produktietechnologie, zodat het noodzakelijk is deze te verduidelijken.

Lees ook

Soorten en installatiemethoden voor zonnepanelen

 

Voor- en nadelen van zonnepanelen

Elk type heeft zijn eigen kenmerken die het overwegen waard zijn bij de keuze van het meest geschikte type:

1. Monokristallijne panelen hebben de hoogste efficiëntie en besparen dus op module-ruimte. Zij hebben een levensduur van ten minste 25 jaar en verliezen langzaam vermogen. Tegelijkertijd is het oppervlak zeer gevoelig voor vuil en moet het vaak worden schoongemaakt. En de prijs is de hoogste van alle op silicium gebaseerde varianten.
2. Polykristallijne varianten absorberen de zonnestralen niet zo doeltreffend, maar werken beter in diffuus licht. Zij bieden meer waar voor hun geld, maar nemen meer ruimte in beslag omdat zij minder efficiënt zijn.
3. Amorfe siliciumbatterijen kunnen overal worden geplaatst, ook op de muren van gebouwen, omdat zij goed diffuus licht absorberen. Ze zijn laag in rendement en laag in prijs, zodat ze als een economische optie kunnen worden gebruikt. Tegelijkertijd gaan ze lang mee en zijn ze niet zo bang voor oppervlakteverontreiniging.
4. Zeldzame aardmetalen varianten hebben vergelijkbare voor- en nadelen, zodat ze samen kunnen worden beschouwd. Ze zijn superieur aan de klassieke panelen wat efficiëntie betreft en kunnen op folie worden aangebracht, wat handig is. Ze hebben een groter temperatuurbereik, zodat verwarming geen invloed heeft op de prestaties. Maar door de hoge prijs en de zeldzaamheid van de metalen worden deze opties niet massaal gebruikt.

De optie wandmontage vereenvoudigt het installatiewerk.

Waar te gebruiken

Alle overwogen opties kunnen in de particuliere sector worden geïnstalleerd om elektriciteit van de zon te krijgen en op energiekosten te besparen, of zelfs om volledige autonomie te bereiken. Wat het gebruik betreft, zijn er enkele eenvoudige richtlijnen om rekening mee te houden:

1. Monokristallijne en polykristallijne varianten kunnen het best op het dak of op de grond worden geïnstalleerd, met een frame dat van tevoren in de juiste hoek is gebouwd. Bij voorkeur moet de hoek verstelbaar zijn, zodat u zich aan de zon kunt aanpassen.
2. De foliemodules kunnen overal worden geplaatst, zowel op muren als op daken. Ze werken goed, zelfs als de stralen het oppervlak niet onder de juiste hoek bereiken, wat zeer belangrijk is.
3. De industrie geeft de voorkeur aan folieradiatoren omdat die goedkoper zijn en gemakkelijker te installeren.

Filmversies zijn gemakkelijker te installeren voor grote werkvolumes.

Er zijn verschillende soorten zonnepanelen, maar ongeveer 90% van de markt wordt ingenomen door traditionele siliciummodellen vanwege hun lage prijs en goede prestaties. U kunt ook kiezen voor een van de halfgeleideroplossingen, maar dan zult u anderhalf tot twee keer zoveel geld moeten uitgeven.