นักฟิสิกส์จากรัสเซียได้ปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ขึ้น 20%

ความสัมพันธ์ระหว่างประสิทธิภาพกับวัสดุและเทคโนโลยี

แผงโซลาร์เซลล์ทำงานอย่างไร? ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำ แสงที่ตกกระทบกับอนุภาคอิเล็กตรอนที่อยู่ในวงโคจรรอบนอกของอะตอม อิเล็กตรอนจำนวนมากสร้างศักย์ไฟฟ้าภายใต้สภาวะวงจรปิด

เพื่อให้มีไฟแสดงสถานะปกติ โมดูลเดียวจะไม่เพียงพอ ยิ่งแผงมากเท่าไหร่การทำงานของหม้อน้ำก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งจะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่ซึ่งจะสะสมด้วยเหตุนี้ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์จึงขึ้นอยู่กับจำนวนโมดูลที่ติดตั้งด้วย ยิ่งพวกมันมากเท่าไหร่ พวกมันก็ยิ่งดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์มากขึ้นเท่านั้น และดัชนีพลังงานของพวกมันก็จะกลายเป็นลำดับความสำคัญที่สูงขึ้น

สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้หรือไม่? ความพยายามดังกล่าวถูกสร้างขึ้นโดยผู้สร้างของพวกเขาและมากกว่าหนึ่งครั้ง ทางออกในอนาคตอาจเป็นการผลิตองค์ประกอบที่ประกอบด้วยวัสดุหลายชนิดและชั้น ปฏิบัติตามวัสดุในลักษณะที่โมดูลสามารถดูดซับพลังงานประเภทต่างๆ

ตัวอย่างเช่น หากสารหนึ่งทำงานกับสเปกตรัม UV และอีกสารหนึ่งใช้กับสเปกตรัมอินฟราเรด ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก หากคุณคิดในระดับทฤษฎี ประสิทธิภาพสูงสุดสามารถเป็นตัวบ่งชี้ได้ประมาณ 90%

นอกจากนี้ ชนิดของซิลิกอนยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของระบบสุริยะใดๆ อะตอมของมันสามารถหาได้หลายวิธีและแผงทั้งหมดตามนี้แบ่งออกเป็นสามสายพันธุ์:

• ผลึกเดี่ยว
• คริสตัล;
• องค์ประกอบซิลิกอนอสัณฐาน

เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตจากโมโนคริสตัลซึ่งมีประสิทธิภาพประมาณ 20% มีราคาแพงเพราะมีประสิทธิภาพมากที่สุด คริสตัลโพลีคริสตัลมีต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก เนื่องจากในกรณีนี้ คุณภาพของงานจะขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของซิลิกอนที่ใช้ในการผลิตโดยตรง

องค์ประกอบที่อิงจากซิลิคอนอสัณฐานได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางที่มีความยืดหยุ่น เทคโนโลยีการผลิตนั้นง่ายกว่ามากต้นทุนต่ำกว่า แต่ประสิทธิภาพน้อยกว่า - ไม่เกิน 6% พวกเขาสึกหรออย่างรวดเร็ว ดังนั้นเพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานจึงเพิ่มซีลีเนียมแกลเลียมและอินเดียม

การใช้งาน

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา

เพื่อจ่ายไฟและ/หรือชาร์จแบตเตอรี่ของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ - เครื่องคิดเลข เครื่องเล่น ไฟฉาย ฯลฯ

การจัดหาพลังงานของอาคาร

แบตเตอรี่โซล่าเซลล์บนหลังคาบ้าน

เซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ เช่น ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อนที่มีวันที่มีแดดจัดเป็นจำนวนมาก เป็นที่นิยมโดยเฉพาะในประเทศแถบเมดิเตอร์เรเนียนซึ่งวางอยู่บนหลังคาบ้าน

บ้านใหม่ในสเปนได้รับการติดตั้งเครื่องทำน้ำอุ่นพลังงานแสงอาทิตย์ตั้งแต่เดือนมีนาคม 2550 เพื่อให้ความต้องการน้ำร้อน 30% ถึง 70% ขึ้นอยู่กับที่ตั้งของบ้านและปริมาณการใช้น้ำที่คาดหวัง อาคารที่ไม่ใช่ที่อยู่อาศัย (ศูนย์การค้า โรงพยาบาล ฯลฯ) ต้องมีอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

ปัจจุบันการเปลี่ยนไปใช้แผงโซลาร์เซลล์ทำให้เกิดการวิพากษ์วิจารณ์อย่างมากในหมู่ผู้คน ทั้งนี้เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของราคาไฟฟ้า ความไม่เป็นระเบียบของภูมิทัศน์ธรรมชาติ ฝ่ายตรงข้ามของการเปลี่ยนแปลง แผงโซลาร์เซลล์ถูกวิพากษ์วิจารณ์ในเรื่องดังกล่าว การเปลี่ยนแปลงในฐานะเจ้าของบ้านและที่ดินที่ ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ และฟาร์มกังหันลมได้รับเงินอุดหนุนจากรัฐในขณะที่ผู้เช่าทั่วไปไม่ได้รับ ในเรื่องนี้กระทรวงเศรษฐกิจแห่งสหพันธรัฐของเยอรมันได้พัฒนาร่างกฎหมายที่จะช่วยให้ในอนาคตอันใกล้สามารถแนะนำผลประโยชน์สำหรับผู้เช่าที่อาศัยอยู่ในบ้านที่ได้รับพลังงานจากการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์หรือโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบบล็อก นอกเหนือจากการจ่ายเงินอุดหนุนให้กับเจ้าของบ้านที่ใช้แหล่งพลังงานทดแทนแล้วยังมีการวางแผนที่จะจ่ายเงินอุดหนุนให้กับผู้เช่าที่อาศัยอยู่ในบ้านเหล่านี้

ใช้ในอวกาศ

แผงโซลาร์เซลล์เป็นหนึ่งในวิธีหลักในการผลิตพลังงานไฟฟ้าบนยานอวกาศ: พวกมันทำงานเป็นเวลานานโดยไม่ต้องใช้วัสดุใด ๆ และในขณะเดียวกันก็เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ไม่เหมือนกับแหล่งพลังงานนิวเคลียร์และไอโซโทปรังสี

อย่างไรก็ตาม เมื่อบินในระยะทางที่ห่างไกลจากดวงอาทิตย์มาก (เกินวงโคจรของดาวอังคาร) การใช้งานของพวกมันจะกลายเป็นปัญหา เนื่องจากการไหลของพลังงานแสงอาทิตย์เป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ เมื่อบินไปยังดาวศุกร์และดาวพุธ ในทางกลับกัน พลังงานของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก (ในภูมิภาคของดาวศุกร์ 2 เท่า ในภูมิภาคของดาวพุธ 6 เท่า)

ใช้ในยา

นักวิทยาศาสตร์ชาวเกาหลีใต้ได้พัฒนาเซลล์สุริยะใต้ผิวหนัง แหล่งพลังงานขนาดเล็กสามารถฝังไว้ใต้ผิวหนังของบุคคลได้ เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของอุปกรณ์ที่ฝังในร่างกายเป็นไปอย่างราบรื่น เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจ แบตเตอรี่ดังกล่าวบางกว่าเส้นผมถึง 15 เท่า และสามารถชาร์จใหม่ได้แม้ว่าจะทาครีมกันแดดกับผิวหนังก็ตาม

ประสิทธิภาพคืออะไร

ดังนั้น ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่คือปริมาณศักยภาพที่แบตเตอรี่สร้างขึ้นจริง โดยระบุเป็นเปอร์เซ็นต์ ในการคำนวณนั้นจำเป็นต้องแบ่งกำลังของพลังงานไฟฟ้าด้วยพลังงานของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนพื้นผิวของแผงโซลาร์เซลล์

ตอนนี้ตัวเลขนี้อยู่ในช่วง 12 ถึง 25% แม้ว่าในทางปฏิบัติ เมื่อพิจารณาจากสภาพอากาศและสภาพอากาศแล้ว แบตเตอรี่ก็ไม่สูงเกิน 15 เหตุผลสำหรับเรื่องนี้คือวัสดุที่ใช้ทำแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ ซิลิคอนซึ่งเป็น "วัตถุดิบ" หลักในการผลิตไม่มีความสามารถในการดูดซับสเปกตรัม UV และทำงานได้เฉพาะกับรังสีอินฟราเรดเท่านั้นขออภัย เนื่องจากความบกพร่องนี้ เราสิ้นเปลืองพลังงานของสเปกตรัม UV และไม่ได้นำไปใช้ให้เกิดประโยชน์

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพของปัจจัยต่างๆ

การเพิ่มประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นเรื่องที่ปวดหัวสำหรับนักวิจัยที่ทำงานในทิศทางนี้ จนถึงปัจจุบันประสิทธิภาพของอุปกรณ์ดังกล่าวอยู่ในช่วง 15 ถึง 25% เปอร์เซ็นต์นั้นต่ำมาก แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่แปลกอย่างยิ่ง การทำงานที่เสถียรนั้นขึ้นอยู่กับหลายสาเหตุ

ปัจจัยหลักที่อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานในสองวิธี ได้แก่:

• วัสดุหลักสำหรับโซลาร์เซลล์ จุดอ่อนที่สุดในเรื่องนี้คือแผงโซลาร์เซลล์โพลีคริสตัลไลน์ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 15% โมดูลที่อิงตามอินเดียม-แกลเลียมหรือแคดเมียม-เทลลูเรียมซึ่งมีผลผลิตสูงถึง 20% ถือได้ว่ามีแนวโน้มที่ดี
• การวางแนวรับพลังงานแสงอาทิตย์ ตามหลักการแล้ว แผงโซลาร์เซลล์ที่มีพื้นผิวการทำงานควรหันเข้าหาดวงอาทิตย์เป็นมุมฉาก ในตำแหน่งนี้ควรยาวที่สุด เพื่อเพิ่มระยะเวลาของการวางตำแหน่งที่ถูกต้องของโมดูลในบริเวณดวงอาทิตย์ คู่ที่มีราคาแพงกว่ามีอุปกรณ์ติดตามดวงอาทิตย์ในคลังแสงซึ่งจะหมุนแบตเตอรี่ตามการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์
• ความร้อนสูงเกินไปของการติดตั้ง อุณหภูมิที่สูงส่งผลกระทบในทางลบต่อการผลิตกระแสไฟฟ้า ดังนั้น ในระหว่างการติดตั้ง จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบายอากาศและความเย็นของแผงที่เพียงพอ ทำได้โดยการติดตั้งช่องระบายอากาศระหว่างแผงและพื้นผิวการติดตั้ง
• เงาที่หล่อโดยวัตถุใดๆ อาจทำให้ประสิทธิภาพของทั้งระบบเสียไปอย่างมาก

เมื่อปฏิบัติตามข้อกำหนดทั้งหมดแล้ว และหากเป็นไปได้ การติดตั้งแผงในตำแหน่งที่เหมาะสม คุณจะได้แผงโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูง มันสูงไม่สูงสุด ความจริงก็คือประสิทธิภาพที่คำนวณได้หรือตามทฤษฎีคือค่าที่ได้มาจากสภาวะของห้องปฏิบัติการ โดยมีพารามิเตอร์เฉลี่ยของชั่วโมงกลางวันและจำนวนวันที่มีเมฆมาก

แน่นอนว่าในทางปฏิบัติ เปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพจะลดลง

รับพลังงานแสงอาทิตย์ แบตเตอรี่สำหรับบ้านของคุณจะดีกว่าที่จะเน้นที่ขีดจำกัดประสิทธิภาพที่ต่ำกว่า มากกว่าที่ขีดจำกัดบน ด้วยการเลือกแผงเซลล์แสงอาทิตย์และส่วนประกอบทั้งหมดที่เหมาะสมกับงานในลักษณะนี้ คุณจะมั่นใจได้ว่าความจุของการติดตั้งที่ติดตั้งนั้นเพียงพอ โดยการเลือกขีดจำกัดประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าในการคำนวณ คุณสามารถประหยัดการซื้อแผงเพิ่มเติมที่ซื้อประกันต่อในกรณีที่ไม่มีไฟฟ้า

ส่งเสริมแนวโน้มการพัฒนา

จนถึงปัจจุบันประสิทธิภาพในพลังงานแสงอาทิตย์เป็นของนักพัฒนาชาวอเมริกันและอยู่ที่ 42.8% ค่านี้สูงกว่าสถิติก่อนหน้าในปี 2010 2% จำนวนพลังงานที่บันทึกได้เกิดขึ้นจากการปรับปรุงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากผลึกซิลิกอน เอกลักษณ์ของการศึกษาดังกล่าวคือความจริงที่ว่าการวัดทั้งหมดดำเนินการเฉพาะในสภาพการทำงานเท่านั้น ซึ่งไม่ใช่ในห้องปฏิบัติการและในโรงเรือนเพาะชำ แต่ในสถานที่จริงของการติดตั้งที่เสนอ

ข้างสนามของห้องปฏิบัติการทางเทคนิคเดียวกันทั้งหมด การทำงานเพื่อเพิ่มระเบียนสุดท้ายไม่หยุด เป้าหมายต่อไปของนักพัฒนาคือการจำกัดประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ 50%ทุกๆ วัน มนุษยชาติกำลังเข้าใกล้ช่วงเวลาที่พลังงานแสงอาทิตย์จะเข้ามาแทนที่แหล่งพลังงานที่เป็นอันตรายและมีราคาแพงที่ใช้อยู่ในปัจจุบันโดยสิ้นเชิง และจะเทียบเท่ากับยักษ์ใหญ่อย่างโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ประเภทต่างๆ

เซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่ทั้งหมดทำงานโดยอาศัยคุณสมบัติทางกายภาพของเซมิคอนดักเตอร์ โฟตอนของแสงแดดที่ตกลงมาบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากวงโคจรด้านนอกของอะตอม เป็นผลให้การเคลื่อนไหวของพวกเขาเริ่มต้นขึ้นซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้า

แผงเดียวไม่สามารถจ่ายพลังงานได้ตามปกติ ดังนั้นจึงเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ทั่วไปในปริมาณที่กำหนด ยิ่งมีเซลล์สุริยะเข้ามาเกี่ยวข้องในระบบมากเท่าใด การผลิตไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

เมื่อทราบหลักการของแผงแล้วคุณสามารถกำหนดประสิทธิภาพของแผงได้ ในทางทฤษฎี คำจำกัดความของประสิทธิภาพคือปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้หารด้วยปริมาณพลังงานจากรังสีของดวงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนแผงที่กำหนด ในทางทฤษฎี ระบบที่ทันสมัยสามารถส่งมอบได้ถึง 25% แต่ในความเป็นจริง ตัวเลขนี้ไม่เกิน 15% มากขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำแผง ตัวอย่างเช่น ซิลิกอนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสามารถดูดซับเฉพาะรังสีอินฟราเรดและพลังงานของรังสีอัลตราไวโอเลตจะไม่ถูกรับรู้และสูญเสียไป

ขณะนี้งานกำลังดำเนินการสร้างแผงหลายชั้นซึ่งทำให้สามารถผลิตแผงโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงได้ การออกแบบของพวกเขารวมถึงวัสดุต่าง ๆ ที่อยู่ในหลายชั้น พวกเขาได้รับการคัดเลือกในลักษณะที่สามารถจับควอนตาพลังงานหลักทั้งหมดได้นั่นคือแต่ละชั้นของวัสดุบางชนิดสามารถดูดซับพลังงานประเภทใดประเภทหนึ่งได้

ในทางทฤษฎี ประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 87% สำหรับอุปกรณ์ดังกล่าว แต่ในทางปฏิบัติ เทคโนโลยีสำหรับการผลิตแผงดังกล่าวค่อนข้างซับซ้อน นอกจากนี้ค่าใช้จ่ายยังสูงกว่าระบบสุริยะมาตรฐานมาก

ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับชนิดของซิลิกอนที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์เป็นส่วนใหญ่ แผงทั้งหมดที่ใช้วัสดุนี้แบ่งออกเป็นสามประเภท:

• Monocrystalline ที่มีประสิทธิภาพ 10-15% ถือว่ามีประสิทธิภาพมากที่สุดและราคาก็สูงกว่าอุปกรณ์อื่นมาก
• Polycrystalline มีอัตราที่ต่ำกว่า แต่ต้นทุนต่อวัตต์ต่ำกว่ามาก เมื่อใช้วัสดุคุณภาพสูง แผงดังกล่าวมีประสิทธิภาพเหนือกว่าคริสตัลเดี่ยวในบางครั้ง
• แผ่นฟิล์มบางที่ยืดหยุ่นได้โดยใช้ซิลิคอนอสัณฐาน ง่ายต่อการผลิตและต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของอุปกรณ์เหล่านี้ต่ำมาก ประมาณ 5-6% ระหว่างการทำงานประสิทธิภาพจะลดลงเรื่อย ๆ ผลผลิตจะลดลง

ข้อดี

1. เนื่องจากแผงหน้าปัดไม่มีชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่เคลื่อนไหว ความทนทานจึงเพิ่มขึ้น ผู้ผลิตรับประกันอายุการใช้งาน 25 ปี
2. หากคุณปฏิบัติตามกฎการบำรุงรักษาและการดำเนินงานตามปกติ การทำงานของระบบดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นเป็น 50 ปี การบำรุงรักษาค่อนข้างง่าย - ทำความสะอาดโฟโตเซลล์จากฝุ่นละออง หิมะ และสารปนเปื้อนจากธรรมชาติอื่นๆ ได้ทันท่วงที
3. ความทนทานของระบบที่เป็นปัจจัยกำหนดการซื้อและติดตั้งแผง หลังจากชำระค่าใช้จ่ายทั้งหมดแล้ว ไฟฟ้าที่ผลิตได้ก็จะฟรี

อุปสรรคที่สำคัญที่สุดต่อการใช้ระบบดังกล่าวอย่างแพร่หลายคือต้นทุนที่สูง ด้วยประสิทธิภาพต่ำของแผงโซลาร์เซลล์ในครัวเรือน มีข้อสงสัยอย่างมากเกี่ยวกับความต้องการทางเศรษฐกิจสำหรับวิธีการผลิตไฟฟ้าโดยเฉพาะนี้

แต่อีกครั้ง จำเป็นต้องประเมินความสามารถของระบบเหล่านี้อย่างสมเหตุสมผล และคำนวณผลตอบแทนที่คาดหวังจากสิ่งนี้ จะไม่สามารถแทนที่ไฟฟ้าแบบเดิมได้ทั้งหมด แต่ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะประหยัดเงินโดยใช้ระบบสุริยะ

นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะไม่สังเกตเห็นประโยชน์เช่น:

• รับไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกลจากอารยธรรมมากที่สุด
• เอกราช;
• ไร้เสียง

ข้อเสียของพลังงานแสงอาทิตย์

• ความต้องการใช้พื้นที่ขนาดใหญ่
• โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ไม่ทำงานในเวลากลางคืนและไม่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในยามพลบค่ำ ในขณะที่การใช้พลังงานสูงสุดเกิดขึ้นได้อย่างแม่นยำในตอนเย็น
• แม้จะมีความสะอาดของสิ่งแวดล้อมของพลังงานที่ได้รับ เซลล์แสงอาทิตย์เองก็มีสารพิษ เช่น ตะกั่ว แคดเมียม แกลเลียม สารหนู ฯลฯ

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ถูกวิพากษ์วิจารณ์เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูง เช่นเดียวกับความเสถียรต่ำของตะกั่วเฮไลด์เชิงซ้อนและความเป็นพิษของสารประกอบเหล่านี้ ปัจจุบัน การพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ไร้สารตะกั่วสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ เช่น บิสมัทและพลวงกำลังอยู่ในระหว่างดำเนินการ

เนื่องจากประสิทธิภาพต่ำ ซึ่งสูงถึง 20 เปอร์เซ็นต์ แผงโซลาร์เซลล์จึงร้อนจัด ส่วนที่เหลืออีก 80 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานแสงอาทิตย์ แสงทำให้แผงโซลาร์เซลล์ร้อนถึง อุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 55 องศาเซลเซียส จาก การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์โดย 1° ประสิทธิภาพลดลง 0.5%การพึ่งพาอาศัยกันนี้ไม่เป็นเชิงเส้น และการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิองค์ประกอบ 10° ทำให้ประสิทธิภาพลดลงเกือบสองเท่า องค์ประกอบที่ใช้งานของระบบทำความเย็น (พัดลมหรือปั๊ม) สารทำความเย็นที่ใช้สูบจ่ายพลังงานจำนวนมาก ต้องมีการบำรุงรักษาเป็นระยะ และลดความน่าเชื่อถือของระบบทั้งหมด ระบบทำความเย็นแบบพาสซีฟมีประสิทธิภาพต่ำมากและไม่สามารถรับมือกับงานทำความเย็นแผงโซลาร์เซลล์ได้

การคำนวณประสิทธิภาพ

การใช้พลังงานแสงอาทิตย์และความสมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจของแนวคิดดังกล่าวเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของทั้งหมด ประเภทของแผงโซลาร์เซลล์. ก่อนอื่นต้องคำนึงถึงต้นทุนของการเปลี่ยนแปลงด้วย พลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า.

วิธีการที่ทำกำไรและประสิทธิผลของระบบดังกล่าวจะถูกกำหนดโดยปัจจัยต่างๆ เช่น:

• ประเภทแผงโซลาร์เซลล์และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง
• ประสิทธิภาพของโฟโตเซลล์และต้นทุน
• สภาพภูมิอากาศ ภูมิภาคต่าง ๆ มีกิจกรรมแสงอาทิตย์ที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ยังส่งผลต่อระยะเวลาคืนทุน

วิธีการเลือกประสิทธิภาพที่เหมาะสม

ก่อนซื้อแผงโซลาร์เซลล์ คุณจำเป็นต้องรู้ว่าแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ต้องมีประสิทธิภาพขนาดไหน

หากระดับการบริโภคในครัวเรือนของคุณคือ 100 กิโลวัตต์/เดือน (ตามมิเตอร์ไฟฟ้า) ขอแนะนำให้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ในปริมาณเท่ากัน

ตัดสินใจเกี่ยวกับเรื่องนี้ ไปกันเลยดีกว่า

เป็นที่ชัดเจนว่าสถานีโซลาร์เซลล์ทำงานเฉพาะช่วงกลางวันเท่านั้น ยิ่งไปกว่านั้น พลังของแผ่นป้ายจะทำได้ในที่ที่มีท้องฟ้าแจ่มใส นอกจากนี้ พลังงานสูงสุดสามารถทำได้ภายใต้เงื่อนไขที่รังสีของดวงอาทิตย์ตกบนพื้นผิว เป็นมุมฉาก.

เมื่อตำแหน่งของดวงอาทิตย์เปลี่ยนไป มุมของแผงก็เช่นกันดังนั้นในมุมกว้างจะสังเกตเห็นกำลังลดลงอย่างเห็นได้ชัด นี่เป็นเพียงวันที่อากาศแจ่มใส ในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก สามารถรับประกันการตกของพลังงานได้ 15-20 ครั้ง แม้แต่ก้อนเมฆหรือหมอกเล็กๆ ก็ทำให้พลังลดลง 2-3 เท่า

เรื่องนี้ต้องคำนึงด้วย

ตอนนี้ - จะคำนวณเวลาการทำงานของแผงได้อย่างไร?

ระยะเวลาการทำงานที่แบตเตอรี่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความจุเกือบเต็มคือประมาณ 7 ชั่วโมง เวลา 09.00-16.00 น. ในฤดูร้อน เวลากลางวันจะนานขึ้น แต่การผลิตไฟฟ้าในตอนเช้าและตอนเย็นมีน้อยมาก - ภายใน 20-30% ส่วนที่เหลือนี่คือ 70% จะถูกสร้างขึ้นอีกครั้งในช่วงกลางวันตั้งแต่ 9.00 น. ถึง 16.00 น.

ดังนั้นปรากฎว่าหากแผงมีกำลังไฟ 1 กิโลวัตต์ดังนั้นในฤดูร้อนจะมีแดดมากที่สุด วันจะสร้าง 7 kW / h ไฟฟ้า. โดยมีเงื่อนไขว่าพวกเขาจะทำงานตั้งแต่ 9 ถึง 16 ชั่วโมงของวัน นั่นคือจะมีไฟฟ้า 210 kWh ต่อเดือน!

นี่คือชุดแผง และหนึ่งซ็อกเก็ตที่มีกำลังไฟเพียง 100 วัตต์? สำหรับวันจะให้ 700 วัตต์ / ชั่วโมง 21 กิโลวัตต์ต่อเดือน

วิธีทำให้แผงโซลาร์เซลล์ของคุณทำงานอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด

ประสิทธิภาพของระบบสุริยะใด ๆ ขึ้นอยู่กับ:

• ตัวชี้วัดอุณหภูมิ
• มุมตกกระทบของรังสีดวงอาทิตย์
• สภาพพื้นผิว (ต้องสะอาดอยู่เสมอ);
• สภาพอากาศ;
• การมีหรือไม่มีเงา

มุมตกกระทบของแสงแดดที่เหมาะสมบนแผงคือ 90 ° นั่นคือเส้นตรง มีระบบสุริยะที่ติดตั้งอุปกรณ์พิเศษอยู่แล้ว ช่วยให้คุณตรวจสอบตำแหน่งของดาวในอวกาศได้ เมื่อตำแหน่งของดวงอาทิตย์สัมพันธ์กับโลกเปลี่ยนแปลง มุมเอียงของระบบสุริยะก็เปลี่ยนไปด้วย

ความร้อนคงที่ขององค์ประกอบยังไม่ส่งผลดีที่สุดต่อประสิทธิภาพการทำงาน เมื่อพลังงานถูกแปลง จะเกิดการสูญเสียอย่างร้ายแรง ดังนั้นจึงต้องเว้นช่องว่างเล็ก ๆ ไว้ระหว่างระบบสุริยะกับพื้นผิวที่ติดตั้ง กระแสอากาศที่ไหลผ่านเข้ามาจะเป็นการระบายความร้อนตามธรรมชาติ

ความบริสุทธิ์ของแผงโซลาร์เซลล์ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพเช่นกัน หากมีมลพิษมากก็จะเก็บแสงน้อยลง ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพจะลดลง

นอกจากนี้ การติดตั้งที่ถูกต้องก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน เมื่อทำการติดตั้งระบบ เป็นไปไม่ได้ที่จะปล่อยให้เงาตกบนมัน ด้านที่ดีที่สุดที่แนะนำให้ติดตั้งคือด้านใต้

เมื่อพิจารณาจากสภาพอากาศแล้ว เราก็สามารถตอบคำถามยอดนิยมได้ในเวลาเดียวกันว่าแผงโซลาร์เซลล์ทำงานในสภาพอากาศที่มีเมฆมากหรือไม่ แน่นอนว่างานของพวกเขายังคงดำเนินต่อไปเพราะรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เล็ดลอดออกมาจากดวงอาทิตย์กระทบพื้นโลกตลอดเวลาของปี แน่นอนว่าประสิทธิภาพของแผงควบคุม (COP) จะลดลงอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคที่มีฝนตกชุกและมีเมฆมากในแต่ละปี กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกเขาจะผลิตกระแสไฟฟ้า แต่ในปริมาณที่น้อยกว่ามากในภูมิภาคที่มีสภาพอากาศร้อนและแดดจัด

ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์

คุณสมบัติของโครงสร้างของโฟโตเซลล์ทำให้ประสิทธิภาพของแผงลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

การหรี่แสงบางส่วนของแผงทำให้แรงดันเอาต์พุตลดลงเนื่องจากการสูญเสียในองค์ประกอบที่ไม่มีไฟซึ่งเริ่มทำหน้าที่เป็นโหลดกาฝาก ข้อเสียเปรียบนี้สามารถกำจัดได้โดยการติดตั้งบายพาสบนโฟโตเซลล์แต่ละแผงของแผงในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก ในกรณีที่ไม่มีแสงแดดส่องโดยตรง แผงที่ใช้เลนส์เพื่อรวมรังสีจะไม่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง เนื่องจากเอฟเฟกต์ของเลนส์จะหายไป

จากกราฟแสดงประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ จะเห็นได้ว่าเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด การเลือกความต้านทานโหลดที่ถูกต้องเป็นสิ่งจำเป็น ในการดำเนินการนี้ แผงโซลาร์เซลล์ไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับโหลด แต่ใช้ตัวควบคุมการจัดการระบบโซลาร์เซลล์ที่ช่วยให้แผงควบคุมทำงานอย่างเหมาะสมที่สุด

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ทำงานอย่างไร?

เซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่ทั้งหมดทำงานด้วยการค้นพบโดยนักฟิสิกส์ Alexandre Becquerel ในปี 1839 ซึ่งเป็นหลักการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์

หากโฟโตเซลล์ซิลิกอนบนแผ่นด้านบนถูกทำให้ร้อน อะตอมของสารกึ่งตัวนำซิลิกอนจะถูกปล่อยออกมา พวกเขากำลังพยายามจับอะตอมของแผ่นเปลือกโลกล่าง ตามกฎฟิสิกส์ทั้งหมด อิเล็กตรอนของแผ่นด้านล่างจะต้องกลับสู่สภาพเดิม อิเล็กตรอนเหล่านี้เปิดทางเดียว - ผ่านสายไฟ พลังงานที่เก็บไว้จะถูกถ่ายโอนไปยังแบตเตอรี่และกลับสู่ซิลิคอนเวเฟอร์ด้านบน

เรื่องราว

ในปี ค.ศ. 1842 Alexandre Edmond Becquerel ค้นพบผลของการเปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้า Charles Fritts เริ่มใช้ซีลีเนียมเพื่อเปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้า ต้นแบบแรกของเซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นโดย Giacomo Luigi Chamichan นักเคมีด้านแสงชาวอิตาลี

เมื่อวันที่ 25 มีนาคม พ.ศ. 2491 Bell Laboratories ได้ประกาศการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิกอนเป็นแห่งแรกเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การค้นพบนี้เกิดขึ้นโดยพนักงานของบริษัทสามคน ได้แก่ Calvin Souther Fuller, Daryl Chapin และ Gerald Pearson 4 ปีต่อมาเมื่อวันที่ 17 มีนาคม 2501 ดาวเทียมที่ใช้แผงโซลาร์เซลล์ Avangard-1 ได้เปิดตัวในสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ 15 พฤษภาคม 2501 ดาวเทียมที่ใช้แผงโซลาร์เซลล์ Sputnik-3 ก็เปิดตัวในสหภาพโซเวียตเช่นกัน

สิ่งนี้น่าสนใจ: ในประเทศเยอรมนี สร้างขึ้นสูงสุด ฟาร์มกังหันลมในโลก

แผงโซลาร์จะจ่ายเร็วแค่ไหน?

ค่าใช้จ่ายของแผงโซลาร์เซลล์ในปัจจุบันค่อนข้างสูง และด้วยมูลค่าเพียงเล็กน้อยของประสิทธิภาพของแผงควบคุม ปัญหาของการคืนทุนจึงมีความเกี่ยวข้องมาก อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์คือประมาณ 25 ปีหรือมากกว่า เราจะพูดถึงสิ่งที่ทำให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นเล็กน้อยในภายหลัง แต่สำหรับตอนนี้เราจะพบคำถามที่เปล่งออกมาข้างต้น

ระยะเวลาคืนทุนได้รับผลกระทบจาก:

• ประเภทอุปกรณ์ที่เลือก เซลล์แสงอาทิตย์แบบชั้นเดียวมีประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเซลล์สุริยะแบบหลายชั้น แต่ก็มีราคาที่ต่ำกว่ามากเช่นกัน
• ตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ กล่าวคือ ยิ่งมีแสงแดดส่องเข้ามาในพื้นที่ของคุณมากเท่าใด โมดูลที่ติดตั้งไว้ก็จะยิ่งได้รับผลตอบแทนเร็วขึ้น
• ค่าอุปกรณ์. ยิ่งคุณใช้เงินไปกับการซื้อและติดตั้งองค์ประกอบที่ประกอบเป็นระบบประหยัดพลังงานพลังงานแสงอาทิตย์มากเท่าใด ระยะเวลาคืนทุนก็จะยิ่งนานขึ้นเท่านั้น
• ต้นทุนทรัพยากรพลังงานในภูมิภาคของคุณ

ระยะเวลาคืนทุนเฉลี่ยสำหรับประเทศในยุโรปใต้คือ 1.5-2 ปีสำหรับประเทศในยุโรปกลาง - 2.5-3.5 ปีและในรัสเซียระยะเวลาคืนทุนประมาณ 2-5 ปีในอนาคตอันใกล้ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก อันเนื่องมาจากการพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงที่เพิ่มประสิทธิภาพและลดต้นทุนของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และด้วยเหตุนี้ระยะเวลาที่ระบบประหยัดพลังงานพลังงานแสงอาทิตย์จะจ่ายเองจะลดลงด้วย

การพัฒนาล่าสุดที่เพิ่มประสิทธิภาพ

เกือบทุกวัน นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกประกาศการพัฒนาวิธีการใหม่ในการเพิ่มประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ มาทำความรู้จักกับสิ่งที่น่าสนใจที่สุดของพวกเขากันดีกว่า ปีที่แล้ว ชาร์ปเปิดตัวโซลาร์เซลล์สู่สาธารณชนด้วยประสิทธิภาพ 43.5% พวกเขาสามารถบรรลุถึงตัวเลขนี้โดยการติดตั้งเลนส์เพื่อโฟกัสพลังงานโดยตรงในองค์ประกอบ

นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันไม่ล้าหลังชาร์ป ในเดือนมิถุนายน 2556 พวกเขาเปิดตัวโซลาร์เซลล์ที่มีพื้นที่เพียง 5.2 ตารางเมตร มม. ประกอบด้วยองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ 4 ชั้น เทคโนโลยีนี้ช่วยให้บรรลุประสิทธิภาพ 44.7% ประสิทธิภาพสูงสุดในกรณีนี้ยังทำได้โดยการวางกระจกเว้าไว้ในโฟกัส

ในเดือนตุลาคม 2556 ผลงานของนักวิทยาศาสตร์จากสแตนฟอร์ดได้รับการตีพิมพ์ พวกเขาได้พัฒนาคอมโพสิตทนความร้อนแบบใหม่ที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์เซลล์แสงอาทิตย์ได้ ค่าประสิทธิภาพตามทฤษฎีประมาณ 80% ตามที่เราเขียนไว้ข้างต้น เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งรวมถึงซิลิกอนสามารถดูดซับรังสีอินฟราเรดเท่านั้น ดังนั้นการกระทำของวัสดุคอมโพสิตใหม่จึงมุ่งเป้าไปที่การแปลงรังสีความถี่สูงเป็นอินฟราเรด

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษเป็นคนต่อไป พวกเขาพัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพเซลล์ได้ถึง 22%พวกเขาเสนอให้วางอลูมิเนียมนาโนสไปค์บนพื้นผิวเรียบของแผ่นฟิล์มบาง โลหะนี้ได้รับการคัดเลือกเนื่องจากไม่ดูดซับแสงแดด แต่ในทางกลับกันก็กระจายออกไป ส่งผลให้ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ดูดซับเพิ่มขึ้น ดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

เฉพาะการพัฒนาหลักเท่านั้นที่ให้ไว้ที่นี่ แต่เรื่องนี้ไม่ จำกัด เฉพาะพวกเขา นักวิทยาศาสตร์กำลังต่อสู้เพื่อทุกๆ สิบเปอร์เซ็นต์ และจนถึงตอนนี้พวกเขาก็ประสบความสำเร็จ หวังว่าในอนาคตอันใกล้ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์จะอยู่ในระดับที่เหมาะสม ท้ายที่สุดแล้วประโยชน์จากการใช้พาเนลจะสูงสุด

บทความนี้จัดทำโดย Abdullina Regina

มอสโกใช้เทคโนโลยีใหม่ในการให้แสงสว่างตามถนนและสวนสาธารณะ ฉันคิดว่ามีการคำนวณประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจที่นั่น:

ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์และประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์

การทำงานของแผงโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ แสงแดดที่ตกลงมาบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากวงโคจรด้านนอกของอะตอมด้วยโฟตอน ส่งผลให้อิเล็กตรอนจำนวนมากทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรปิด หนึ่งหรือสองแผงสำหรับพลังงานปกติไม่เพียงพอ ดังนั้นหลายชิ้นจึงรวมกันเป็นแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อให้ได้แรงดันไฟและกำลังที่ต้องการ พวกมันจะเชื่อมต่อแบบขนานและแบบอนุกรม เซลล์แสงอาทิตย์จำนวนมากขึ้นทำให้พื้นที่ดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์มีขนาดใหญ่ขึ้นและผลิตพลังงานได้มากขึ้น

โฟโตเซลล์

วิธีหนึ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพคือการสร้างแผงหลายชั้น โครงสร้างดังกล่าวประกอบด้วยชุดของวัสดุที่จัดเรียงเป็นชั้นๆ การคัดเลือกวัสดุจะดำเนินการในลักษณะที่จับควอนตัมของพลังงานที่แตกต่างกันชั้นที่มีวัสดุหนึ่งดูดซับพลังงานประเภทหนึ่งกับอีกชั้นหนึ่งและอื่น ๆ ส่งผลให้สามารถผลิตแผงโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงได้ ในทางทฤษฎี แผงแซนวิชดังกล่าวสามารถจัดหาได้ ประสิทธิภาพสูงถึง 87 เปอร์เซ็นต์. แต่นี่เป็นในทางทฤษฎี แต่ในทางปฏิบัติ การผลิตโมดูลดังกล่าวมีปัญหา นอกจากนี้พวกเขายังมีราคาแพงมาก

ประสิทธิภาพของระบบสุริยะยังได้รับผลกระทบจากชนิดของซิลิกอนที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ ขึ้นอยู่กับการผลิตอะตอมของซิลิกอน แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทคือ

• ผลึกเดี่ยว;
• คริสตัลไลน์;
• แผงซิลิกอนอสัณฐาน

เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิกอนผลึกเดี่ยวมีประสิทธิภาพ 10-15 เปอร์เซ็นต์ มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าที่สุด รุ่นโพลีคริสตัลลีนซิลิกอนมีวัตต์ที่ถูกที่สุด ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของวัสดุ และในบางกรณี องค์ประกอบของคริสตัลไลน์อาจมีประสิทธิภาพมากกว่าผลึกเดี่ยว

แผงซิลิกอนอสัณฐาน