Fleksibilne sončne celice: pregled tipičnih konstrukcij, njihovih lastnosti in značilnosti priključitve

Sončna energija je eden najperspektivnejših in najhitreje rastočih alternativnih virov električne energije. To je neomejen vir, ki ga je mogoče uporabljati kjer koli na planetu, ne da bi onesnaževali okolje. Priznajte, ne bi bilo slabo imeti lasten alternativni vir električne energije.

Izkazalo se je, da je sončno energijo zdaj mogoče pretvarjati v električno energijo kar doma. Namesto obsežnih in krhkih okvirnih panelov se zdaj vse pogosteje uporabljajo gibljive sončne celice. Toda kako to uresničiti v praksi?

Pomagali vam bomo razumeti zgradbo gibljivih sončnih panelov in načelo njihovega delovanja. Koristna priporočila za izbiro in montažo konstrukcij so podana v našem članku. Za lažje razumevanje informacij članek vsebuje tematske fotografije in videoposnetke.

Kaj so sončne celice?

Da bi razumeli, ali so gibljivi paneli primerni za pridobivanje električne energije, se morate seznaniti s teorijo.

Kaj je sončna celica, kako se zgradba gibljivih modelov razlikuje od drugih? Prav tako je zelo pomembno, da že pred nakupom ugotovite prednosti in slabosti prav tega tipa sončnih elementov.

Zgradba in načela delovanja gibljivih panelov

Načelo delovanja sončne celice temelji na pojmu fotovoltaike. Kot je znano, lahko svetlobo obravnavamo tako kot valovanje kot tudi kot tok delcev – fotonov. Zmožnost pretvarjanja energije fotonov v električno energijo je prav fotovoltaika.

Prvi prototipi sodobnih sončnih celic so bili izumljeni že v petdesetih letih. Od takrat so se bistveno spremenili tako po videzu kot po načelu delovanja. Fotoelektrični učinek je postal mogoč zaradi uporabe polprevodnikov.

Polprevodnik je material s posebno zgradbo atoma. Polprevodnik tipa n ima odvečne elektrone, atomom polprevodnika tipa p pa jih primanjkuje. Za izdelavo fotocelice združimo dve vrsti materialov in tako ustvarimo dvoslojno konstrukcijo.

Posamezni fotoelementi se združujejo v panele. Paneli so lahko togi, v trdnem kovinskem okvirju. Trenutno je v teku trend lajšanja konstrukcije fotopanelov. Priljubljenost pridobivajo gibki in lahki sončni elementi.

Načelo delovanja sončne baterije lahko opišemo takole:

1. Sončna svetloba vpada na površino fotoelementa s strani n-plasti.
2. Fotoni trčijo v atome polprevodnika, pri čemer 'izbijajo' odvečne elektrone.
3. Prosti elektroni se premikajo proti p-plasti in vstopajo v atome s pomanjkanjem delcev.
4. Posledično zgornji sloj deluje kot katoda, spodnji pa kot anoda.
5. Proizvaja se enosmerni tok, s katerim je mogoče enostavno napolniti akumulator.

Kot polprevodnik se uporablja silicij, selen in še mnogo drugih, dražjih materialov.

Enosmerni tok, ki ga pridobimo iz sončne plošče, je treba pretvoriti v izmeničnega, saj večina električnih naprav deluje prav na njem.

Za gibke filmske sončne baterije se uporablja tudi polimerni nanos z aluminijastimi prevodniki. Takšna zgradba naredi panele izjemno tanke in lahke.

Ta tehnologija se šele začenja razvijati, vendar ni dvoma, da ima velike možnosti. Vendar bomo obravnavali gibke panele v širšem pomenu te opredelitve.

Več o principih delovanja sončnih baterij lahko preberete, če sledite povezavi.

Prednosti gibljivih sončnih elementov

Zaradi prednosti upogljivih sončnih panelov je ta način proizvodnje električne energije eden najobetavnejših:

• teža;
• velikost;
• elastičnost;
• učinkovitost;
• vsestranskost;
• ekonomičnost;
• okolju prijaznost;
• enostavnost uporabe.

Geometrijski in fizikalni parametri panelov, kot sta velikost in teža, so zelo pomembni, saj je za oskrbo cele stanovanjske hiše z električno energijo potrebno veliko število panelov; pri uporabi težkih modelov lahko nastane potreba po ojačanju konstrukcije stavbe, kar znatno poveča stroške namestitve.

Lahki in kompaktni upogljivi elementi ne morejo bistveno vplivati na porazdelitev obremenitve na ogrodje stavbe. Ne predstavljajo nobene nevarnosti za strešno kritino.

Učinkovitost silicijevih baterij je precej visoka. Težko je oceniti izkoristek v tem primeru; polprevodniške plošče lahko pretvarjajo svetlobo v elektriko s 20-odstotnim izkoristkom v povprečju.

To pomeni, da če moč sončnega sevanja znaša 200 W, bo pridobljene približno 40 W električne energije.

Upogljive amorfne sončne plošče so veliko bolj tolerantne do oblačnega vremena kot običajne toge konstrukcije na osnovi silicija.

Za primerjavo: standardna sončna baterija v oblačnem vremenu lahko deluje le z 10 % svoje moči, medtem ko upogljiva plošča doseže približno 50 % nazivnih vrednosti.

Fleksibilnost sončne baterije omogoča, da z njo opremimo strehe z neravno površino, strešne kritine iz strešnikov in obloge kompleksnih oblik. Poleg tega so dovolj vsestranske, primerne za namestitev na streho ali fasado stavbe.

Sončna svetloba je brezplačen in neomejen vir. To je njegova nedvomna prednost, v čemer se izraža brezpogojna ekonomičnost sončnih panelov.

Poleg tega je tak način proizvodnje energije popolnoma okolju prijazen, nikakor ne vpliva na stanje okolja in mu ne škoduje. Še več, z opustitvijo priljubljene alternative sončni energiji – termoelektrarn – človeštvo zmanjšuje stopnjo onesnaženosti ozračja.

Slabosti sončnih celic gibljivega tipa

Tudi upogljive sončne plošče imajo dovolj pomanjkljivosti. Prvič, ta tehnologija se šele razvija in še ni dosegla vrhunca svojih zmogljivosti. Po učinkovitosti upogljive amorfne baterije zaostajajo za togimi poli- ali monokristalnimi.

Zgradba in načelo delovanja upogljivih panelov sta precej zapletena, vendar jih lahko uporablja vsakdo. Dovolj je, da opremo pravilno namestite in priključite.

Drugič, tanka folija in minimalni sloj nanosa razmeroma hitro odpovejo. Garancijski rok uporabe takšnih panelov je približno 3 leta.

Po tem se fotocelice začnejo postopoma lomiti in zahtevati zamenjavo.

Veseli dejstvo, da se ta panoga hitro razvija in že se pojavljajo bolj trajni in močnejši primerki fleksibilnih sončnih plošč na osnovi amorfnega silicija.

Druge pomanjkljivosti so značilne za vse vrste sončnih plošč:

• dolgotrajnost povračila;
• visoki stroški;
• velika količina drage opreme, poleg samih baterij;
• odvisnost od vremenskih razmer.

Fleksibilna plošča z močjo okoli 150 W stane približno 400 € ali več, odvisno od proizvajalca. 20 plošč, komplet akumulatorjev in dodatna oprema bodo stali okroglo vsoto. Glede na stroške 1 kWh električne energije boste sistem povrnili šele po več letih.

Kje in kako se uporablja sončna energija?

Fleksibilne plošče se uporabljajo na različnih področjih. Preden sestavite projekt oskrbe hiše z energijo s pomočjo teh sončnih plošč, ugotovite, kje se uporabljajo in kakšne so posebnosti njihove uporabe v našem podnebju.

Področje uporabe sončnih celic

Uporaba fleksibilnih sončnih plošč je zelo široka. Uspešno se uporabljajo v elektroniki, elektrifikaciji stavb, avtomobilski in letalski industriji ter na vesoljskih objektih.

V gradbeništvu takšne plošče uporabljajo za oskrbo stanovanjskih in industrijskih stavb z elektriko.

Sončna energija je lahko edini vir elektrike ali pa podvaja tradicionalno shemo oskrbe z elektriko, da hiša v primeru nezadostne učinkovitosti v določenem obdobju ne ostane brez elektrike.

Prenosne polnilne naprave na osnovi fleksibilnih sončnih elementov so dostopne vsakomur in se prodajajo povsod. Velike fleksibilne turistične plošče za pridobivanje električne energije v katerem koli kotičku sveta so zelo priljubljene med popotniki.

Zelo nenavadna, a praktična ideja – uporabiti cestno površino kot osnovo za fleksibilne plošče. Posebni elementi so zaščiteni pred udarci in se ne bojijo velikih obremenitev.

Fleksibilne plošče so dobre tudi zato, ker jih je mogoče uporabiti v skoraj vseh situacijah. Brez težav jih lahko namestite na streho avtomobila ali trup jahte.

Ta ideja je že uresničena. »Sončna« cesta oskrbuje okoliške vasi z energijo, pri tem pa ne zavzame niti enega odvečnega metra zemlje.

Posebnosti uporabe gibljivih amorfnih panelov

Tisti, ki načrtujejo začetek uporabe fleksibilnih sončnih plošč kot vira električne energije za svoj dom, morajo poznati posebnosti njihovega delovanja.

Sončni paneli s fleksibilno kovinsko podlago se uporabljajo tam, kjer so zahteve glede odpornosti proti obrabi mini elektrarn višje:

Uporabnike najprej skrbi vprašanje, kaj storiti pozimi, ko je dan kratek in elektrike ne bo dovolj za delovanje vseh naprav?

Da, v oblačnem vremenu in ob kratkem dnevu se zmogljivost panelov zmanjša. Dobro je, če obstaja možnost preklopa na centralizirano oskrbo z elektriko. Če je ni, se je treba založiti z baterijami in jih polniti v dneh, ko je vreme ugodno.

Zanimiva lastnost sončnih celic je, da se pri segrevanju fotocelice njena učinkovitost bistveno zmanjša.

Poleti se paneli razžarijo, vendar delujejo slabše. Pozimi, na sončen dan, lahko fotocelice zajamejo več svetlobe in jo pretvorijo v energijo.

Število jasnih dni v letu je odvisno od regije. Seveda je na jugu smiselneje uporabljati fleksibilne celice, ker sonce tam sveti dlje in pogosteje.

Ker Zemlja čez dan spreminja svoj položaj glede na Sonce, je panele bolje postaviti univerzalno – torej na južni strani pod kotom približno 35–40 stopinj. Tak položaj bo ustrezen tako v jutranjih in večernih urah kot opoldne.

Navodila za namestitev sončnih celic na streho

Če ste se odločili, da so fleksibilne sončne celice na osnovi amorfnega silicija tisto, kar potrebujete za oskrbo z elektriko v zasebni hiši, začnite načrtovati dela.

Izberite primerno opremo in ocenite približno število panelov. Nato se seznanite s pravili montaže in kasnejšega vzdrževanja sončnih elementov.

Vendar ne pozabite, da je uporaba tradicionalnih polikristaliničnih in monokristaliničnih silicijevih analogov še vedno veliko produktivnejša.

Korak #1. Izračun števila panelov

Vsa dela se začnejo s projektom. Za načrtovanje je treba opraviti potrebne izračune, in sicer:

• dnevna poraba električne energije;
• skupno potrebno moč fotonapetostnih elementov;
• kapaciteto akumulatorjev;
• število panelov.

Najpreprosteje je izračunati porabo električne energije. Pri tem je treba upoštevati popolnoma vse brez izjeme električne naprave, ki jih uporabljate ali jih teoretično lahko uporabljate.

Preprost primer:

• hladilnik – 200 W;
• računalnik – 300 W;
• televizor – 150 W;
• varčne žarnice – 5 kosov po 20 W.

Moč vsake naprave je navedena v njeni dokumentaciji ali na ohišju. Po seštevanju vseh podatkov dobimo 750 W. Na podlagi te vrednosti se izbere inverter – naprava, ki pretvarja enosmerni tok v izmenični s potrebno frekvenco.

Obvezno naredite majhno rezervo in izberite inverter za 0,5 kW močnejši od izračunane vrednosti. To pomeni, da bo za skupno moč 0,75 kW primerna naprava, ki ni šibkejša od 1,25 kW.

Za pravilno povezavo sončne celice povezujemo z akumulatorji prek krmilnika. Ne zamenjajte kontaktov – plus s plusom, minus z minusom. Od akumulatorja tok teče do inverterja, nato pa – do električnih naprav.

Nato je treba izbrati akumulatorske baterije. Kapaciteta akumulatorja (npr. 200 Ah) kaže, kakšna jakost toka se bo oddajala pri določeni napetosti v eni uri.

Potrebno kapaciteto lahko izračunate tako, da skupno moč porabnikov delite z izhodno napetostjo sončne celice. V našem primeru uporabljamo 12-voltne akumulatorje. 750 / 12 = 62,5 Ah.

Vendar takšna formula ni povsem pravilna, saj večine baterij ni mogoče prazniti do 0. Obstaja določena omejitev, na primer 40%. Če raven napolnjenosti pade pod to, to bistveno vpliva na življenjsko dobo in kakovost delovanja akumulatorja.

Tudi ta podatek je treba dodati v formulo:

750 W / (12 V × 0,4) = 156,25 Ah.

Da bi dosegli takšno kapaciteto, lahko v sistem združite 2 bateriji po 100 Ah vsaka.

Število panelov se izračuna na podlagi moči izbranega modela in regije, v kateri bodo nameščeni. Pomena regije ne moremo preceniti. V idealnem primeru je treba poiskati vrednosti dnevne ravni sončnega sevanja za vaše območje. Za zanesljivost se vzame minimalna vrednost v letu, približno konec decembra.

Shematično lahko raven insolacije v različnih regijah prikažemo takole. Številske vrednosti lahko najdete v specializiranih priročnikih ali na internetu.

Če ta kazalnik pomnožimo s številom koledarskih dni v mesecu, dobimo število kilovatov, ki jih decembra prejme 1 m² fleksibilne sončne celice. Na primer, v Moskvi je to 0,33×31=10,23 kW/m², v Sočiju pa 1,25×31=38,75 kW/m². Ta kazalnik se imenuje število pikour.

Nato iz pogojnih največjih 0,75 kW, ki jih porabijo vse naprave hkrati, izračunamo povprečno mesečno porabo – približno 25 kW. Naše fleksibilne baterije morajo v mesecu proizvesti vsaj 25.000 W, še bolje pa je narediti majhno rezervo in zaokrožiti na 30 kW.

Posledično mora na 1 pikour v Moskvi nastati 30/10,23 = 2,93 kW. Če imajo izbrane plošče moč 150 W, ni težko izračunati njihovega števila: 2,93/0,15 = 20 kosov.

Po teh preprostih izračunih boste lahko izbrali primeren razsmernik, krmilnik, akumulator in same fleksibilne fotonapetostne plošče v zahtevani količini.

Korak #2. Pravila namestitve

Namestitev fleksibilnih sončnih elementov lahko izvedete sami.

Za to se morate odločiti, kje točno boste namestili svoje plošče:

• na strehi stavbe;
• na fasadi hiše;
• na samostoječi konstrukciji;
• kombinirana shema.

Najbolj priljubljena možnost je na strehi. Če oblika ali konfiguracija strešine tega ne omogoča, je bolje zgraditi dodaten okvir, na katerega namestite baterije. To je dražje, toda če je streha senčna ali težko dostopna, postane ta možnost smiselna.

Namestitev na fasadi uporabimo, ko na strehi primanjkuje prostora. Plošče so lahko del oblikovalske zamisli in služijo kot okras hiše.

Fleksibilni sončni fotonapetostni elementi imajo na spodnji strani lepljivo smolnato plast.

Dovolj je, da odstranite zaščitno folijo in ploščo prilepite na izbrano mesto. Seveda je treba pred namestitvijo površino očistiti in umiti.

Za namestitev ni potrebno nobeno specializirano orodje. Glavno je, da poskrbite za svojo varnost med delom na strehi. Prav tako je zelo pomembno upoštevati shemo povezave opreme in ne kršiti zaporedja.

Na eni strani ima modul sončne baterije dva izpeljana kabla. Vsaka plošča je nameščena tako, da je ti žici mogoče kasneje združiti z enim vodilom za zaporedno povezavo.

Priporočamo tudi, da preberete drugo naše gradivo, kjer so podrobno opisane sheme namestitve in načini povezave sončnih baterij. Več podrobnosti – tukaj.

Korak #3. Vzdrževanje sistema po namestitvi

Ko so prilagodljivi sončni paneli nameščeni, jih je treba nenehno vzdrževati in spremljati, sicer lahko njihova učinkovitost močno pade. Najpomembneje je, da plošče ostanejo čiste. Prah, umazanija, ptičji iztrebki – vsi ti dejavniki zmanjšujejo zmogljivost sistema, saj omejujejo absorbcijo sončne svetlobe v fotovoltaične celice.

Sončne panele je treba obrisati, ko se umažejo. Zato odsvetujemo nameščanje na težko dostopnih mestih na zahtevnih strehah.

Če vašega sistema ne morete vzdrževati sami, lahko vedno najdete izvajalca z ustrezno opremo in pripomočki. Seveda bo to dražje.

Sončne panele iz amorfnega silicija, tako kot toge, lahko čistite z navadno vlažno gobo ali krpo iz mikrovlaken. Plošča se ne boji vode (navsezadnje je ta oprema nameščena na prostem); če jih redno čistite, bodo zdržale dlje.

Druga težava, ki je značilna za naše regije, je sneg. Pozimi se paneli zasujejo s snegom in prenehajo delovati. Padavine je treba nenehno odstranjevati, vendar ne preveč grobo, saj lahko poškodujete samo opremo.

Zaključki in koristen video na to temo

Videoposnetki in pregledi, ki obravnavajo prilagodljive panele priljubljenih proizvajalcev, vam bodo pomagali pri pravilni izbiri. Videli boste, kako bo vaša hiša izgledala po namestitvi opreme, strokovnjaki vam bodo pomagali izbrati pravo število baterij in preučili pravila namestitve.

Kako so urejeni prilagodljivi sončni paneli in iz česa so izdelani:

Prilagodljiv panel lahko namestite tudi v stanovanju na fasadi večnadstropne stavbe, zakaj pa ne:

Še nekaj o proizvodnji in prednostih prilagodljivih elementov:

Sončni paneli vam omogočajo, da postanete energetsko neodvisni, ne da bi spremljali cene bencina in komunalnih storitev. Če enkrat vložite določen znesek, lahko brez omejitev porabljate energijo za uporabo gospodinjskih aparatov, ogrevanje doma in polnjenje baterije električnega avtomobila. Vse več ljudi prehaja na alternativno energijo, ker je v njej prihodnost.

Če imate potrebno znanje ali izkušnje na temo našega članka, jih prosimo delite z našimi bralci. Morda ste sončne panele nameščali sami? Povejte, kako ste to storili. Svoje komentarje lahko dopolnite s fotografijami.