Солнечные панели : Насколько эффективны солнечные панели?

Факторы, влияющие на эффективность солнечных панелей

Большинство солнечных панелей сегодня имеют рейтинг энергоэффективности от 11 до 15%, что представляет собой процент солнечной энергии, преобразованной в полезную электроэнергию.

Хотя это может показаться небольшим процентом, прогресс в технологиях солнечной энергии постоянно совершенствуется, и современные панели могут более чем удовлетворить потребности в энергии большинства жилых и деловых нужд.

Сегодня исследователи постоянно работают над улучшением эффективности технологий солнечной энергетики.

Ученые достигли рекордной производительности в 40% за счет использования многопереходных ячеек, настроенных на сбор света разных длин волн в электромагнитном спектре.

Если у вас крыша меньшего размера и ограниченное пространство, более эффективная солнечная панель может быть лучшим вариантом для вас.

Эти панели могут быть немного дороже из-за их более высокой эффективности, но они все равно будут удовлетворять ваши потребности в энергии.

Однако, если у вас больше места, вы можете удовлетворить свои потребности в энергии с помощью менее эффективных и менее дорогих панелей, сэкономив деньги на установке.

Рассмотрение общей стоимости панелей, а также мощности в киловаттах может помочь вам определить, какая из них лучше всего подходит для вашей установки.

Не вся солнечная энергия, попадающая в фотоэлектрический элемент, преобразуется в электричество.

Большинство из них потеряно.

Различные факторы в конструкции солнечных панелей влияют на способность элемента преобразовывать солнечный свет, который он собирает.

Повышение производительности может быть достигнуто, если при проектировании учитывать следующие факторы:

Частота

Свет состоит из фотонов или пакетов энергии с широким диапазоном длин волн и энергий.

Частоты солнечного света, достигающего поверхности Земли, варьируются от ультрафиолетового до видимого и инфракрасного.

Некоторые фотоны отражаются, когда свет попадает на поверхность солнечной панели, а другие проходят сквозь нее.

Энергия некоторых поглощенных фотонов преобразуется в тепло.

У остатка достаточно энергии, чтобы отделить электроны от их атомных связей, в результате чего образовались свободные электроны и электрический ток.

Рекомбинация

«Носитель заряда», такой как отрицательно заряженный электрон, может течь через полупроводник, позволяя протекать электрическому току.

«Дырка» - это еще один тип носителя заряда, который означает отсутствие электрона в материале и действует как носитель положительного заряда.

Когда электрон сталкивается с дыркой, он может рекомбинировать и, таким образом, нейтрализовать свой вклад в электрический ток.

Прямая рекомбинация, при которой генерируемые светом электроны и дырки сталкиваются, рекомбинируют и генерируют фотон, инвертирует процесс выработки электроэнергии в солнечной панели.

Это один из основных факторов, ограничивающих эффективность.

Косвенная рекомбинация происходит, когда электроны или дырки контактируют с примесью, дефектом в кристаллической структуре или границей раздела, которая позволяет им рекомбинировать и выделять тепловую энергию.

Температура

Обычно солнечные панели лучше всего работают при низких температурах.

Повышение температуры вызывает изменение свойств полупроводника, что приводит к небольшому увеличению тока, но гораздо большему снижению напряжения.

Повышенное повышение температуры может также повредить элемент и другие материалы модуля, что приведет к сокращению срока службы.

Поскольку большая часть солнечного света, падающего на клетки, преобразуется в тепло, надлежащее тепловое сопротивление улучшает производительность и срок службы.

Отражение

Характеристики солнечной панели можно улучшить, уменьшив количество света, отражаемого от ее поверхности.

Необработанный кремний, например, отражает более 30 процентов падающего света.

Антибликовые покрытия и текстурированные поверхности помогают уменьшить отражение.

Ячейка с высоким КПД будет темно-синего или черного цвета.

Солнечные тени

Солнечные панели чрезвычайно уязвимы для солнечного затенения.

Полное или частичное затемнение сильно влияет на способность передавать энергию и может привести к снижению эффективности и потерям мощности.

Элементы в солнечной панели обычно подключаются последовательно для получения более высокого напряжения и, следовательно, достаточного количества электроэнергии.

Однако, когда происходит затенение, эта структура имеет некоторые ограничения.

Когда один солнечный элемент затенен, ток всей серии определяется блоком, который производит наименьший ток.

Когда ячейка затеняется, вся серия эффективно затеняется.

Байпасные диоды обычно используются в установках для предотвращения потерь мощности.

Солнечные элементы подключаются параллельно байпасным диодам.

Когда солнечный элемент затенен, байпасный диод обеспечивает путь тока, который позволяет интегрированной последовательности солнечных элементов производить электричество при более низком напряжении.

Определение эффективности солнечных панелей

Исследователи измеряют эффективность солнечного элемента, чтобы предсказать, сколько энергии он будет генерировать.

Произведение тока и напряжения - это электричество.

Электрические свойства солнечных панелей измеряются с помощью соотношения между током и напряжением.

Когда определенное «нагрузочное» сопротивление подключается между двумя выводами элемента или модуля, производимый ток и напряжение регулируются (ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками).

Эффективность оценивается путем воздействия на элемент постоянного основного количества света при поддержании постоянной температуры элемента и количественной оценке тока и напряжения, генерируемых для различных сопротивлений нагрузки.

Расчет производительности солнечных панелей

Когда дело доходит до солнечной энергии для вашего дома, вы захотите получить максимальную отдачу от инвестиций.

Однако какие солнечные панели производят больше всего энергии?

Ответ определяется множеством факторов, включая размер панели, эффективность, с которой панель преобразует солнечный свет в электрическую энергию, количество солнечного света, получаемого панелью, выравнивание панели относительно солнца и множество других факторов.

другие переменные.

Стандартные условия испытаний для панелей

Стандартная мера производства электроэнергии солнечными панелями определяется путем тестирования панелей в нормальных условиях, называемых Стандартными условиями испытаний (STC).

STC рассчитывает выработку энергии солнечной панелью на основе общих условий, таких как освещенность, ориентация и температура панели.

Согласно STC, 250-ваттная панель генерирует 250 ватт электроэнергии, когда солнечный свет на панели составляет 1000 ватт на квадратный метр при работе при 25 ° C.

Согласно STC, солнечные компании должны производить солнечные элементы, которые соответствуют или превышают их выходную мощность на рынке.

Еще один фактор, влияющий на то, сколько энергии производит солнечная панель, - это ее эффективность.

Например, панель с КПД 20% преобразует 20% всего падающего на нее света в электричество.

Больше солнечного света будет преобразовано в энергию панелью с более высокой производительностью.

Большинство солнечных панелей имеют рейтинг эффективности от 15% до 18%.

Однако из-за того, что реальные условия отличаются от STC, стандартная панель редко обеспечивает оптимальную выходную мощность на рынке.

Например, температура вашей солнечной панели редко бывает постоянной 25 ° C.

Большинство солнечных панелей на 20 ° C горячее окружающего воздуха.

Другими словами, если температура на улице 20 ° C, температура вашей солнечной панели, вероятно, будет около 40 ° C.

Температура влияет на эффективность солнечных панелей.

Номинальная рабочая температура элемента (NOCT) и температурный коэффициент максимального температурного коэффициента мощности (Pmax) - это две ключевые цифры, которые следует учитывать при определении того, сколько энергии вы получите от своей солнечной панели.

NOCT - это температура, которой достигает панель при воздействии 800 Вт / м2 солнечной активности (энергетический эквивалент умеренного солнца) при температуре 20 ° C.

Температурный коэффициент Pmax - это процент энергии, теряемой солнечной панелью на каждый градус Цельсия выше температуры STC, равной 25 ° C.

Чтобы оценить уровни производительности (в отличие от идеальной эффективности) ваших солнечных панелей, вычтите температуру вашей солнечной панели из температуры STC, равной 25 ° C, а затем умножьте это значение на температурный коэффициент Pmax.

Эта оценка приведет к отрицательному проценту, который вы затем можете вычесть из своего первоначального рейтинга производительности.

Стандартные и премиальные солнечные панели

Решая, где разместить солнечные панели, помните об эффективности.

Желательно, чтобы у вас была возможность приобрести солнечные панели с высоким КПД и установить их в солнечном месте.

Тем не менее, устанавливайте панели в местах с высоким солнечным светом.

Возможно, вам удастся обойтись установкой панелей только со средним или относительно низким рейтингом эффективности, потому что они получат максимальное воздействие.

Предположим, вы устанавливаете панели в месте, где недостаточно солнечного света.

В этом случае вы захотите инвестировать в панели с более высоким рейтингом производительности, чтобы оптимизировать количество получаемой электроэнергии, особенно если пространство на вашей крыше ограничено.

Скорость деградации вашей солнечной панели - еще один фактор, влияющий на ее производительность.

Солнечные панели со временем вырабатывают меньше электроэнергии.

Скорость разложения - это скорость, с которой они теряют способность генерировать энергию.

Деградация, время и эффективность солнечных панелей

Было сделано множество достижений, которые сделали солнечные панели более эффективными.

Эти достижения развивались экспоненциально до такой степени, что чистая солнечная энергия теперь стала жизнеспособным вариантом для гораздо большего числа людей, чем это было раньше.

Поскольку каждый производитель солнечных панелей производит свои панели по-своему, каждая панель имеет разную скорость деградации.

Согласно исследованиям, производительность солнечных панелей падает примерно на 0,8%.

Другими словами, через год ваша солнечная панель будет вырабатывать 99,2% электроэнергии, которую она производила, когда была новой; через десять лет он будет вырабатывать 92% электроэнергии, которую производил, когда был новым; и так далее.

Сложные солнечные панели, скорее всего, будут изнашиваться гораздо медленнее.

Некоторые даже заявляют, что степень деградации составляет всего 0,3%.

Окружающая среда, в которой вы размещаете солнечную панель, также влияет на выработку энергии.

Чем больше солнечного света собирают ваши панели, тем больше электроэнергии они могут вырабатывать.

Если ваши солнечные панели расположены в тени высоких деревьев или других построек, они не будут вырабатывать столько электроэнергии, сколько могли бы.

Согласно исследованиям, затенение от 20 до 30% может привести к снижению выработки энергии на 30-40%.

Точно так же, если ваши солнечные панели грязные, пыльные или покрытые снегом, листьями или другим мусором, они не будут вырабатывать столько электроэнергии, сколько в чистом виде.

Инвертор - еще один важный компонент солнечной панели, влияющий на производство электроэнергии.

Инвертор преобразует электричество постоянного тока (DC) в переменный ток (AC) (тип, который вы используете дома).

Эффективность вашего инвертора определяет количество энергии постоянного тока, которая преобразуется в электричество переменного тока.

Самый эффективный тип - бестрансформаторные инверторы.

Однако новые микро-инверторы и оптимизаторы мощности, которые подключаются к многочисленным солнечным панелям, а не ко всему массиву, помогают увеличить мощность для каждой панели, что делает их лучшим вариантом для более крупных многопанельных массивов.

На выработку электроэнергии также влияет то, насколько хорошо панели выровнены в системе.

Если панели с различным напряжением соединены между собой, весь массив будет использовать панель с самым низким напряжением, что снизит эффективность системы.

При определении количества энергии, вырабатываемой солнечными панелями, необходимо учитывать множество факторов.

Лучший способ добиться успеха - это купить у сертифицированной компании, известной своим производством высокоэффективных панелей, и разместить панели так, чтобы они получали больше всего солнечного света.

Типы солнечных панелей и эффективность

Существуют различные элементы, которые составляют эффективность солнечных панелей, мы подробно рассказали о них ниже.

Монокристаллические силиконовые панели

Монокристаллические или одиночные кремниевые панели, возможно, являются наиболее эффективным типом фотоэлектрических солнечных панелей, доступных сегодня.

Эти квадратные панели подходят для солнечных электрических систем, которые монтируются на крыше.

Они более дорогие, чем другие типы панелей, из-за более высокого содержания кремния, используемого в конструкции.

Поскольку больше солнечной энергии преобразуется в электричество, для большинства конфигураций крыш требуется меньше панелей для достижения тех же требований к энергии.

Поликристаллические кремниевые панели

Поскольку поликристаллические или многослойные кремниевые панели используют меньше кремния, они часто дешевле, чем их более эффективные аналоги.

Их конструкция позволяет снизить потери эффективности, что позволяет использовать их в системах, устанавливаемых на крыше.

Поскольку они менее дорогие, они подходят для более крупных проектов и инсталляций.

Панели из поликристаллического кремния также более термостойкие.

Создание интегрированных фотоэлектрических панелей

Внешний вид здания имеет решающее значение.

Например, владельцы исторических зданий или домовладельцы с отличительным эстетическим дизайном могут не захотеть искажать отличительные черты здания, устанавливая солнечную электрическую систему.

Доступны встроенные в здание фотоэлектрические элементы, которые помогают противодействовать эстетическим изменениям, которые могут вызвать солнечные панели.

Хотя они могут сохранять внешний вид обычной кровли, эти панели более дороги и менее эффективны, чем альтернативы.

Технология тонкопленочных солнечных элементов

Тонкопленочные элементы - это новая солнечная технология, которая включает один или несколько слоев тонких пленок фотоэлементов, прикрепленных к существующим материалам, таким как металлическая кровля или стеклянные окна.

Поскольку эти фотоэлектрические пленки настолько тонкие, они легче и гибче, чем другие солнечные панели.

Хотя тонкопленочная технология невероятно универсальна, она не лишена недостатков.

Тонкопленочные системы менее эффективны и разрушаются быстрее, чем традиционные солнечные системы, но они пытаются улучшаться по мере развития технологий.

Другие факторы, влияющие на эффективность солнечных панелей

Эти факторы влияют не на эффективность самих панелей, а на то, насколько хорошо ваша солнечная энергетическая система вырабатывает энергию, которую вы можете использовать в своем доме.

Солнечные планы

Ваш план солнечной энергетики в значительной степени поможет определить эффективность.

Ваш план использования солнечной энергии поможет оценить, насколько рентабельны ваши солнечные панели, вместо того, чтобы повышать или понижать их производительность.

Вы захотите найти лучшее предложение для вас и ваших конкретных обстоятельств.

Проектирование систем солнечной энергии

Дизайн - важнейший фактор при определении эффективности солнечных панелей.

Если ваши солнечные панели не установлены должным образом, они могут не вырабатывать достаточно энергии для удовлетворения ваших требований.

Домашние улучшения

Повышение энергоэффективности вашего дома - еще одно средство, которое поможет вашим солнечным батареям обеспечить вас необходимой мощностью.

Например, если у вас есть электрический водонагреватель, значительное количество электроэнергии используется для нагрева воды.

Переход на электрический водонагреватель на базе теплового насоса в некоторых случаях может сэкономить электроэнергию.

Электричество также используется такими приборами, как посудомоечные, стиральные машины, сушилки для одежды и кондиционеры.

Все эти устройства необходимо регулярно обновлять.

Это не означает, что вы должны заменять их каждый год, но если вы можете себе это позволить, сделайте это.

Помимо модернизации вашей техники, вы можете сделать множество других улучшений в доме, чтобы максимально использовать солнечные батареи.

Найдите способы сделать ваш дом более энергоэффективным, чтобы электричество от ваших солнечных панелей работало более эффективно.

Среднее время пребывания на солнце

Некоторые дома подвергаются значительно большему воздействию солнца, чем другие.

Это могло быть из-за большого дерева во дворе.

Это может быть потому, что дом находится рядом с более высоким строением, закрывающим солнце.

Это может быть просто погодная проблема.

В некоторых местах просто не так много солнца.

Это может быть даже ориентация вашего дома или форма вашей крыши.

Какой бы ни была причина, изменение солнечного света приведет к изменению мощности солнечных панелей.

Даже в одном и том же районе эти изменения могут значительно отличаться от дома к дому.