Thực đơn
trang chủInternet

Hiệu quả của các tấm pin mặt trời. Các tấm pin mặt trời hiệu quả nhất: xếp hạng hiệu suất, công suất và điện áp

Người giữ kỷ lục về hiệu suất trong số các loại pin năng lượng mặt trời hiện có trên thị trường hiện nay là pin năng lượng mặt trời dựa trên tế bào quang điện nhiều lớp, được phát triển bởi Viện Hệ thống Năng lượng Mặt trời Fraunhofer ở Đức. Từ năm 2005, việc triển khai thương mại do Soitec thực hiện.

Bản thân kích thước của tế bào quang điện không vượt quá 4 mm và việc tập trung ánh sáng mặt trời vào chúng đạt được bằng cách sử dụng thấu kính hội tụ phụ, nhờ đó ánh sáng mặt trời bão hòa được chuyển thành điện năng với hiệu suất đạt 47%.

Pin chứa bốn điểm nối p-n để bốn phần khác nhau của tế bào quang điện có thể nhận và chuyển đổi hiệu quả bức xạ có bước sóng cụ thể, từ ánh sáng mặt trời, tập trung 297,3 lần, trong phạm vi bước sóng từ hồng ngoại đến tử ngoại.

Các nhà nghiên cứu do Frank Dimiroth dẫn đầu ban đầu đặt cho mình nhiệm vụ phát triển một tinh thể nhiều lớp và một giải pháp đã được tìm ra - họ ghép các chất nền tăng trưởng và kết quả là một tinh thể có các lớp bán dẫn khác nhau, với bốn tế bào quang điện.

Tế bào quang điện nhiều lớp từ lâu đã được sử dụng trên tàu vũ trụ, nhưng hiện nay các trạm năng lượng mặt trời dựa trên chúng đã được phóng lên ở 18 quốc gia. Điều này trở nên khả thi nhờ công nghệ cải tiến và rẻ hơn. Kết quả là số lượng quốc gia trang bị trạm năng lượng mặt trời mới sẽ tăng lên và có xu hướng cạnh tranh trên thị trường tấm pin mặt trời công nghiệp.

Ở vị trí thứ hai là pin năng lượng mặt trời dựa trên tế bào quang điện ba lớp Sharp, hiệu suất đạt 44,4%. Indium gallium phosphide là lớp đầu tiên của pin mặt trời, gallium arsenide là lớp thứ hai và indium gallium arsenide là lớp thứ ba. Ba lớp được ngăn cách bởi một chất điện môi, giúp đạt được hiệu ứng đường hầm.

Sự tập trung ánh sáng trên tế bào quang điện đạt được nhờ thấu kính Fresnel, giống như các nhà phát triển người Đức - ánh sáng mặt trời được tập trung 302 lần và được chuyển đổi bởi tế bào quang bán dẫn ba lớp.

Nghiên cứu khoa học về sự phát triển của công nghệ này đã được Sharp liên tục thực hiện từ năm 2003 với sự hỗ trợ của NEDO, một tổ chức hành chính công của Nhật Bản thúc đẩy nghiên cứu và phát triển khoa học cũng như phổ biến các công nghệ công nghiệp, năng lượng và môi trường. Đến năm 2013, Sharp đã đạt kỷ lục 44,4%.

Hai năm trước Sharp, vào năm 2011, công ty Solar Junction của Mỹ đã phát hành loại pin tương tự, nhưng với hiệu suất 43,5%, các phần tử có kích thước 5 x 5 mm và việc lấy nét cũng được thực hiện bằng thấu kính, tập trung ánh sáng mặt trời 400 lần. Pin mặt trời là các tế bào dựa trên germanium ba điểm nối và nhóm nghiên cứu thậm chí còn lên kế hoạch tạo ra pin mặt trời năm và sáu điểm nối để thu được quang phổ tốt hơn. Công ty vẫn đang tiếp tục nghiên cứu.

Do đó, các tấm pin mặt trời được chế tạo kết hợp với bộ tập trung, như chúng ta thấy, được sản xuất ở Châu Âu, Châu Á và Châu Mỹ, có hiệu suất kỷ lục cao nhất. Nhưng những loại pin này chủ yếu được sản xuất để xây dựng các nhà máy điện mặt trời quy mô lớn trên mặt đất và để cung cấp năng lượng hiệu quả cho tàu vũ trụ.

Gần đây, một kỷ lục đã được thiết lập trong lĩnh vực tấm pin mặt trời tiêu dùng thông thường, có giá cả phải chăng cho hầu hết những người muốn lắp đặt chúng, chẳng hạn như trên nóc một ngôi nhà.

Vào giữa mùa thu năm 2015, công ty SolarCity của Elon Musk đã giới thiệu các tấm pin mặt trời tiêu dùng hiệu quả nhất, hiệu suất của chúng vượt quá 22%.

Chỉ số này được xác nhận bằng các phép đo được thực hiện bởi phòng thí nghiệm của Trung tâm Kiểm tra Năng lượng Tái tạo. Nhà máy Buffalo đã đặt mục tiêu sản xuất hàng ngày từ 9 đến 10 nghìn tấm pin mặt trời, nhưng đặc điểm chính xác của chúng vẫn chưa được báo cáo. Công ty đã có kế hoạch cung cấp pin cho ít nhất 200.000 ngôi nhà hàng năm.

Thực tế là quy trình công nghệ được tối ưu hóa đã giúp công ty giảm đáng kể chi phí sản xuất, đồng thời tăng hiệu suất lên gấp 2 lần so với các tấm pin mặt trời silicon tiêu dùng phổ biến. Musk tự tin rằng các tấm pin mặt trời của ông sẽ được các chủ nhà ưa chuộng nhất trong tương lai gần.

Tôi muốn gặp gỡ những người không ngừng tìm kiếm. Trong số đó có đồng nghiệp Alexander của tôi, một người rất yêu thích xe điện. Bạn sẽ tìm thấy thông tin về sự phát triển của nó và sự hình thành đội xe điện ở Ukraine tại đây. Nhưng kỳ lạ thay, ngoài ô tô điện, ông còn quan tâm đến các tấm pin mặt trời có hiệu suất cao.

Sau khi hỏi anh ấy một câu, tôi đã phải đổ mồ hôi một chút, và kết quả là như thế này.

Mô-đun quang tinh thể silicon

Hiệu suất của cell module silicon hiện nay khoảng 15 - 20% (đa tinh thể - đơn tinh thể). Con số này có thể sớm tăng thêm vài phần trăm. Ví dụ, SunTech Power, một trong những nhà sản xuất mô-đun silicon tinh thể lớn nhất thế giới, đã công bố ý định tung ra các mô-đun quang điện với hiệu suất 22% trong vòng hai năm.

Các mẫu tế bào đơn tinh thể hiện có trong phòng thí nghiệm cho hiệu suất 25%, đa tinh thể - 20,5%. Hiệu suất tối đa về mặt lý thuyết của các phần tử không tiếp giáp silicon (p-n) là 33,7%. Tuy vẫn chưa đạt được mục tiêu này nhưng nhiệm vụ chính của các nhà sản xuất ngoài việc tăng hiệu suất của tế bào là cải tiến công nghệ sản xuất và giảm giá thành của mô-đun quang điện.

Được đặt riêng biệt là các mô-đun ảnh của Sanyo, được sản xuất bằng công nghệ HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) sử dụng nhiều lớp silicon, tương tự như các tế bào đa lớp song song. Hiệu suất của các nguyên tố như vậy được tạo thành từ C-Si đơn tinh thể và một số lớp nc-Si tinh thể nano là 23%. Đây là hiệu suất tế bào cao nhất của các mô-đun tinh thể nối tiếp cho đến nay.

Pin mặt trời màng mỏng

Một số công nghệ khác nhau đã được phát triển dưới tên này, hiệu suất của chúng có thể được nói như sau.

Ngày nay, có ba loại pin mặt trời màng vô cơ chính: màng silicon vô định hình (a-Si), màng cadmium Telluride (CdTe) và màng đồng indium gallium selenide (CuInGaSe2 hoặc CIGS).

Hiệu suất của pin mặt trời màng mỏng hiện đại dựa trên silicon vô định hình là khoảng 10%, mô-đun quang dựa trên cadmium Telluride - 10-11% (nhà sản xuất: First Solar), dựa trên đồng-indium-gallium selenide - 12-13% (Nhật Bản) mô-đun năng lượng mặt trời SOLAR FRONTIER). Chỉ số hiệu suất của các ô nối tiếp: CdTe có hiệu suất 15,7% (mô-đun MiaSole) và các ô CIGS sản xuất tại Thụy Sĩ - 18,7% (EMPA).

Hiệu suất của từng pin mặt trời màng mỏng riêng lẻ cao hơn nhiều, ví dụ, dữ liệu về hiệu suất của các mẫu phòng thí nghiệm của pin silicon vô định hình là 12,2% (United Solar), tế bào CdTe là 17,3% (First Solar), tế bào CIGS là 20,5% (ZSW). Cho đến nay, các bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời dựa trên màng mỏng chì silicon vô định hình được sản xuất với số lượng lớn trong số các công nghệ màng mỏng khác - thị trường toàn cầu của tế bào Si màng mỏng là khoảng 80%, pin mặt trời dựa trên cadmium Telluride chiếm khoảng 18% thị trường toàn cầu. thị trường, và selenide đồng-indium-gallium là 2% thị trường.

Điều này trước hết là do chi phí và sự sẵn có của nguyên liệu thô, cũng như tính ổn định của các đặc tính cao hơn so với cấu trúc nhiều lớp. Lưu ý rằng silicon là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong lớp vỏ trái đất, trong khi indium (nguyên tố CIGS) và Tellurium (nguyên tố CdTe) nằm rải rác và được khai thác với số lượng nhỏ. Ngoài ra, cadmium (tế bào CdTe) rất độc hại, mặc dù hầu hết các nhà sản xuất tấm pin mặt trời như vậy đều đảm bảo tái chế hoàn toàn sản phẩm của họ.

Sự phát triển hơn nữa của bộ chuyển đổi quang điện dựa trên màng mỏng vô cơ gắn liền với những cải tiến trong công nghệ sản xuất và ổn định các thông số của chúng.

Chưa hết, dựa trên sự ổn định về đặc tính và giá thành tương đối rẻ, người ta ưu tiên sử dụng pin năng lượng mặt trời được chế tạo trên cơ sở silicon vô định hình. Nhưng như chúng ta thấy, hiệu suất của chúng không quá 12,2%.

Kết quả tốt hơn cho đến nay đã đạt được trong điều kiện phòng thí nghiệm. Một ví dụ là sự phát triển của các kỹ sư từ Phòng thí nghiệm Vật liệu, Khoa học và Công nghệ Quốc gia Thụy Sĩ EMPA, những người đã đạt được tỷ lệ hiệu suất cao (20,4%) khi làm việc với thế hệ tấm pin mặt trời màng mỏng mới. Các tấm pin mới này dựa trên các polyme dẻo được làm từ hợp chất phức tạp CIGS hoặc đồng indium gallium (di) selenid (đồng-indium-gallium-(di) selenide).

Tấm pin năng lượng mặt trời được coi là nguồn năng lượng điện hoạt động trực tiếp từ dòng ánh sáng. Nếu chúng ta nói về thiết kế, bất kỳ tấm pin mặt trời nào cũng đại diện cho một bộ tế bào quang điện nhất định được kết nối với nhau, được đặt trong một lớp vỏ bảo vệ và được bao phủ bởi một tấm kính phía trước.

Tế bào quang điện là gì

Tế bào quang điện là một phần tử bán dẫn kết hợp hai loại độ dẫn điện, được phân biệt bằng sự thiếu hoặc thừa electron:

  • n—độ dẫn điện;
  • p là độ dẫn điện.

Nó bao gồm hai chất bán dẫn trong đó các electron của vật liệu nguồn hấp thụ năng lượng nhận được từ dòng năng lượng mặt trời, giúp chúng có thêm động lượng. Rời khỏi quỹ đạo của nó, dòng điện tử có hướng tạo ra dòng quang điện không đổi, được sử dụng cho mục đích thực tế.

Ứng dụng trong đời sống hàng ngày

Phạm vi ứng dụng của các thiết bị này rất rộng và bao gồm nhiều ngành công nghiệp khác nhau, trong đó có thể lưu ý các lĩnh vực sau:

  • Vi điện tử (đồng hồ, máy tính).
  • Đồ điện tử dùng trong đời sống hàng ngày (pin ngoài cho điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính xách tay).
  • Cung cấp điện cho cả khu biệt lập và vùng sâu vùng xa.
  • Sử dụng trong các thiết bị liên lạc di động và các tổ hợp khác nhau.
  • Công nghiệp ô tô (xe điện).
  • Công nghiệp vũ trụ (trạm vũ trụ).

Lợi ích của việc sử dụng

Trong số các nguồn năng lượng thay thế khác, các tấm pin mặt trời có một số ưu điểm không thể phủ nhận, đó là:

  • Chúng là nguồn năng lượng ổn định và không yêu cầu bảo trì hoặc thay thế phức tạp các bộ phận hoặc kết nối tổng hợp. Chăm sóc tối đa liên quan đến việc làm sạch lớp phủ kính khỏi các chất gây ô nhiễm mới nổi.
  • Chúng hoạt động độc lập, không cần bật tắt và luôn hoạt động tốt. Chúng cũng không ồn ào và hoàn toàn thân thiện với môi trường.
  • Thời gian hoàn vốn ngắn.
  • Tuổi thọ sử dụng là 25 năm, trong khi sức mạnh của các phần tử không giảm trong quá trình hoạt động. Theo nhà sản xuất, mức giảm công suất đầu ra không được quá 5%.
  • Khi sử dụng chúng, có thể định cấu hình cài đặt cuối cùng tùy thuộc vào nguồn điện và điện áp cần thiết, điều này khó thực hiện với các nguồn năng lượng khác.

Các loại thiết bị được sử dụng

Như đã đề cập, tất cả chúng đều chứa các tế bào quang điện, có thể được biểu diễn bằng các chất bán dẫn sau:

Tấm pin mặt trời silicon

Hiện nay, silicon đơn tinh thể, đa tinh thể và vô định hình được sử dụng để sản xuất tế bào quang điện.

  • Được làm từ silicon đơn tinh thể. Đúng như tên gọi, vật liệu chính của các thiết bị này là silicon tinh khiết. Về hình thức, chúng được làm dưới dạng tổ ong được kết nối thành một cấu trúc duy nhất. Silicon đơn tinh thể được tinh chế về mặt cấu trúc là các tấm wafer mỏng nhất (lên tới 300 micron) được kết nối bằng lưới điện cực. Ưu điểm chính của chúng là hiệu quả cao, có thể lên tới 20%.
  • Các nguyên tố đa tinh thể. Những loại như vậy có giá thành rẻ hơn nhiều so với phiên bản trước do công nghệ sản xuất đơn giản hơn (làm mát chất silicon). Lưu ý rằng sự hình thành các đa tinh thể bên trong dẫn đến độ ổn định khi vận hành trở nên thấp hơn đáng kể và chỉ số hiệu suất cuối cùng không vượt quá 18%.
  • Tấm pin mặt trời làm từ silicon vô định hình. Chúng có thể được phân loại là màng hoặc silicon, vì vật liệu bán dẫn chính trong chúng là silane (hoặc hydro silicon). Một màng mỏng silane được áp dụng cho chất nền được chuẩn bị đặc biệt, tạo thành tế bào quang điện. Mặc dù hiệu suất chỉ đạt khoảng 5% nhưng loại này được sử dụng rộng rãi. Tế bào quang điện có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, do đó, mặc dù hiệu suất thấp nhưng chúng có thể hoạt động khi không có ánh nắng trực tiếp và thời tiết nhiều mây. Về vấn đề này, sự kết hợp của các tế bào đơn tinh thể (hoặc đa tinh thể) với các tế bào vô định hình được sử dụng, vì các phần đúc sẵn có thể hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết.

Tấm pin mặt trời dạng phim

Có hai loại:

  • Dựa trên cadmium Telluride. Chúng có hiệu suất thấp (lên đến 10%) và có chứa chất độc hại trong thành phần, nhưng mặc dù vậy, giá thành thấp quyết định mức độ phổ biến của chúng. Dựa trên selenua đồng-indium. Nguyên liệu chính được sử dụng để tạo ra tế bào là đồng, selen và indium. Chúng cũng khá rẻ nhưng có hiệu suất khoảng 20%.
  • Polyme. Hiện tại chúng phổ biến hơn do giá rẻ và sẵn có. Polyphenylene hoặc đồng phthalocyanine được sử dụng làm chất bán dẫn. Hiệu suất chỉ là 5%, tuy nhiên, do tính sẵn có, dễ lắp đặt và lắp đặt cũng như an toàn với môi trường nên chúng không chỉ được sử dụng cho mục đích công nghiệp mà còn được sử dụng cho mục đích sinh hoạt.

Hiệu quả

Lúc đầu, ngay cả ở giai đoạn xuất hiện các tấm pin mặt trời trên thị trường, hiệu suất khá thấp, nhưng ngày nay hiệu suất của chúng đã tăng lên mức khá cao. Hiện nay, đối với pin silicon đơn tinh thể, nó đạt 24%, đối với pin đa tinh thể – 20%, silicon màng mỏng – 15% và đối với pin màng mỏng dựa trên gali arsenide – 24%. Đối với tấm pin mặt trời đa lớp, hiệu suất đạt 30%.

Nếu chúng ta chuyển sang các nhà sản xuất các thiết bị như vậy, pin năng lượng mặt trời tốt nhất với hiệu suất cao được đại diện bởi các công ty sau:

  • Các tấm pin do Viện Soitec & Fraunhofer tạo ra ngày nay dẫn đầu về hiệu quả sử dụng. Hiệu suất đạt tới mức đáng kinh ngạc là 46%, tuy nhiên, do chi phí quá lớn nên chúng chỉ được sử dụng trong lĩnh vực khoa học và không gian.
  • Sharp là một nhà lãnh đạo không thể tranh cãi với 55 năm kinh nghiệm. Họ sản xuất các tấm pin mặt trời cho hầu hết các ngành công nghiệp, từ máy tính đến trạm vũ trụ. Hiện hiệu suất của các tấm pin mặt trời họ sản xuất đạt 19,8%. Trong quá trình phát triển, công ty đã đạt được năng suất 44,4%, nhưng những công nghệ này hiện cực kỳ đắt tiền và không được cung cấp trên thị trường.
  • Ở vị trí thứ ba là Viện IES Tây Ban Nha (viện nghiên cứu năng lượng mặt trời của Tây Ban Nha). Họ đã đạt được hiệu suất 32,6%.

Tuy nhiên, quay trở lại trái đất, những con số trên là của lĩnh vực công nghệ cao, chưa được sử dụng cho các tài sản thương mại hoặc dân cư. Khi chọn hệ thống năng lượng mặt trời cho ngôi nhà của bạn, các tấm pin mặt trời hiệu quả nhất mà bạn có thể tìm thấy trên thị trường khó có thể vượt quá hiệu suất 20%. Về phần mình, chúng tôi có thể khuyên bạn nên chú ý đến các nhà sản xuất như Amonix, Sun Power, SunTech Power, Q-Cells, Sanyo và First Solar.

Cách tính toán chính xác số lượng tấm pin mặt trời

Để xác định số lượng pin cần lắp trong nhà, bạn cần tính đến các yếu tố sau:

  • Tính lượng điện cần thiết trong nhà.
  • Tùy theo vị trí (vùng) mà làm rõ mức độ bức xạ mặt trời trong năm. Thông thường, dữ liệu có sẵn từ các dịch vụ thời tiết địa phương.
  • Tính toán năng lượng mỗi ngày. Trong trường hợp này, cần tính đến tổn thất khi sạc pin (không quá 20%) - W.
  • Xét các hệ số mùa hè và mùa đông, lấy công suất (sản lượng) của một phần mỗi ngày N, với hệ số hiệu chỉnh mùa hè là 0,5 và hệ số hiệu chỉnh mùa đông là 0,7.
  • Chia W cho N, chúng ta có được số lượng pin cần thiết để đáp ứng nhu cầu điện.

Khi tính toán, có thể ước tính rằng đối với các khu vực miền trung nước Nga, số lượng tấm pin cần thiết để cung cấp lượng điện cần thiết trong mùa đông lớn hơn vài lần so với mùa hè.

Đồng thời, việc sản xuất không chỉ bị ảnh hưởng bởi sức mạnh của từng bộ phận mà còn bởi góc nghiêng của nó, sự hiện diện hay vắng mặt của bộ truyền động quay và thiết bị tập trung. Trong mọi trường hợp, nếu không đủ nguồn điện, có thể tăng số lượng các phần, điều này sẽ giúp giải quyết vấn đề.

Tăng hiệu quả của các tấm pin mặt trời

Tính đến thực tế là hiệu quả của chúng khá thấp, các nhà sản xuất cũng như người dùng đang phải đối mặt với vấn đề cấp bách là phải tăng nó. Hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố, do đó, để tăng hiệu quả và năng suất, bạn nên tuân thủ một số điểm sau:

  • Sự lựa chọn đúng đắn của vật liệu. Không giống như các mô hình đa tinh thể, tế bào indium-gallium hoặc cadmium-telurium có thể tăng năng suất đáng kể.
  • Định vị chính xác bề mặt tiết diện vuông góc với luồng ánh sáng, điều này đạt được bằng cách lắp đặt các bộ truyền động và cảm biến đặc biệt phản ứng với hướng ánh sáng.
  • Giống như bất kỳ thiết bị nào khác, quá nhiệt là cực kỳ nguy hiểm, do đó, cùng với việc lắp đặt các tấm pin, cần phải cung cấp hệ thống thông gió và làm mát cho chúng.
  • Tránh bóng từ các vật thể cao gần đó, vì điều này có thể làm giảm hiệu suất lắp đặt nhiều lần.
  • Điều kiện vận hành, bảo trì chính xác và kịp thời tất cả các bộ phận có trong bảng điều khiển (ổ đĩa, bộ điều khiển, bộ biến tần, pin, v.v.).

Tất nhiên, việc lắp đặt các tấm pin mặt trời sẽ không giải quyết được hoàn toàn vấn đề cung cấp điện tự động với lượng điện cần thiết, nhưng nó sẽ giúp tăng sản lượng để cung cấp năng lượng cho ít nhất một số thiết bị điện.

Bây giờ bạn sẽ học được điều gì đó mà người bán tấm pin mặt trời sẽ không bao giờ nói cho bạn biết.

Cách đây đúng một năm, vào tháng 10 năm 2015, để thử nghiệm, tôi quyết định gia nhập hàng ngũ “những người xanh” đang cứu hành tinh của chúng ta khỏi cái chết sớm và mua các tấm pin mặt trời có công suất tối đa 200 watt và một bộ biến tần lưới được thiết kế cho công suất được tạo ra tối đa là 300 (500) watt. Trong ảnh, bạn có thể thấy cấu trúc của bảng điều khiển đa tinh thể 200 watt, nhưng một vài ngày sau khi mua, rõ ràng là trong một cấu hình duy nhất, điện áp quá thấp, không đủ để biến tần lưới của tôi hoạt động chính xác.

Vì vậy, tôi phải đổi nó thành hai tấm đơn tinh thể 100 watt. Về lý thuyết, chúng sẽ hiệu quả hơn một chút, nhưng trên thực tế, chúng chỉ đắt hơn mà thôi. Đây là những tấm chất lượng cao của thương hiệu Sunways của Nga. Tôi đã trả 14.800 rúp cho hai tấm.

Hạng mục chi phí thứ hai là bộ biến tần lưới do Trung Quốc sản xuất. Nhà sản xuất không xác định danh tính của mình, nhưng thiết bị được sản xuất với chất lượng cao và một phần mở cho thấy các bộ phận bên trong được thiết kế để có công suất lên tới 500 watt (thay vì 300 được ghi trên vỏ). Một mạng lưới như vậy chỉ có giá 5.000 rúp. Lưới là một thiết bị khéo léo. Một mặt, + và - từ các tấm pin mặt trời được kết nối với nó, mặt khác, nó được kết nối với bất kỳ ổ cắm điện nào trong nhà bạn bằng phích cắm điện thông thường. Trong quá trình hoạt động, lưới sẽ điều chỉnh theo tần số trong mạng và bắt đầu “bơm” dòng điện xoay chiều (chuyển đổi từ dòng điện một chiều) vào mạng gia đình 220 volt của bạn.

Lưới điện chỉ hoạt động khi có điện áp trong mạng và không thể coi là nguồn điện dự phòng. Đây là nhược điểm duy nhất của nó. Và một lợi thế rất lớn của biến tần lưới là về cơ bản bạn không cần pin. Xét cho cùng, pin là mắt xích yếu nhất trong năng lượng thay thế. Nếu cùng một tấm pin mặt trời được đảm bảo hoạt động trong hơn 25 năm (nghĩa là sau 25 năm nó sẽ mất khoảng 20% ​​hiệu suất), thì tuổi thọ của pin axit chì thông thường trong điều kiện tương tự sẽ là 3- 4 năm. Pin gel và AGM sẽ có tuổi thọ cao hơn, lên tới 10 năm, nhưng chúng cũng đắt gấp 5 lần so với pin thông thường.

Vì có điện lưới nên tôi không cần dùng pin. Nếu bạn làm cho hệ thống tự chủ, thì bạn cần bổ sung thêm 15-20 nghìn rúp vào ngân sách dành cho pin và bộ điều khiển cho nó.

Bây giờ, đối với việc sản xuất điện. Tất cả năng lượng được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời đều được đưa vào mạng theo thời gian thực. Nếu trong nhà có người tiêu dùng loại năng lượng này thì tất cả sẽ được sử dụng hết và đồng hồ ở lối vào nhà sẽ không “quay”. Nếu lượng điện phát ra tức thời vượt quá lượng điện tiêu thụ hiện tại thì toàn bộ năng lượng sẽ được chuyển trở lại mạng lưới. Tức là bộ đếm sẽ “quay” theo hướng ngược lại. Nhưng có những sắc thái ở đây.

Thứ nhất, nhiều đồng hồ điện tử hiện đại đếm dòng điện chạy qua chúng mà không tính đến chiều của nó (nghĩa là bạn sẽ phải trả tiền điện gửi trở lại mạng lưới). Và thứ hai, pháp luật Nga không cho phép tư nhân bán điện. Điều này được cho phép ở Châu Âu và đó là lý do tại sao mỗi ngôi nhà thứ hai ở đó đều được bao phủ bởi các tấm pin mặt trời, kết hợp với giá cước mạng cao, cho phép bạn thực sự tiết kiệm tiền.

Làm gì ở Nga? Không lắp đặt các tấm pin mặt trời có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ năng lượng hàng ngày hiện tại trong nhà. Vì lý do này mà tôi chỉ có hai bảng có tổng công suất 200 watt, có tính đến tổn thất biến tần, có thể cung cấp khoảng 160-170 watt cho mạng. Và nhà tôi liên tục tiêu thụ khoảng 130-150 watt mỗi giờ suốt ngày đêm. Tức là toàn bộ năng lượng do các tấm pin mặt trời tạo ra sẽ đảm bảo được tiêu thụ bên trong ngôi nhà.

Để kiểm soát năng lượng được tạo ra và tiêu thụ, tôi sử dụng Smappee. Tôi đã viết về anh ấy vào năm ngoái. Nó có hai máy biến dòng, cho phép bạn theo dõi cả điện mạng và điện do các tấm pin mặt trời tạo ra.

Hãy bắt đầu với lý thuyết và chuyển sang thực hành.

Có rất nhiều máy tính năng lượng mặt trời trên Internet. Từ dữ liệu ban đầu của tôi, theo máy tính, sản lượng điện trung bình hàng năm của các tấm pin mặt trời của tôi sẽ là 0,66 kWh/ngày và tổng sản lượng trong năm sẽ là 239,9 kWh.

Dữ liệu này dành cho điều kiện thời tiết lý tưởng và không tính đến tổn thất khi chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều (bạn sẽ không chuyển đổi nguồn điện của gia đình mình sang điện áp một chiều?). Trong thực tế, con số thu được có thể được chia cho hai một cách an toàn.

Hãy so sánh với số liệu sản xuất thực tế trong năm:

2015 - 5,84 kWh
Tháng 10 - 2,96 kWh (từ ngày 10 tháng 10)
Tháng 11 - 1,5 kWh
Tháng 12 - 1,38 kWh
2016 - 111,7 kWh
Tháng 1 - 0,75 kWh
Tháng 2 - 5,28 kWh
Tháng 3 - 8,61 kWh
Tháng 4 - 14 kWh
Tháng 5 - 19,74 kWh
Tháng 6 - 19,4 kWh
Tháng 7 - 17,1 kWh
Tháng 8 - 17,53 kWh
Tháng 9 - 7,52 kWh
Tháng 10 - 1,81 kWh (đến ngày 10 tháng 10)

Tổng cộng: 117,5 kWh

Dưới đây là biểu đồ sản xuất và tiêu thụ điện tại một ngôi nhà nông thôn trong 6 tháng qua (tháng 4-10/2016). Trong khoảng thời gian từ tháng 4 đến tháng 8, phần lớn năng lượng điện (hơn 70%) được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời. Trong những tháng còn lại trong năm, việc sản xuất không thể thực hiện được chủ yếu do mây và tuyết. Chà, đừng quên rằng hiệu suất của lưới điện trong việc chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều là khoảng 60-65%.

Các tấm pin mặt trời được lắp đặt trong điều kiện gần như lý tưởng. Hướng hoàn toàn là hướng Nam, không có tòa nhà cao tầng nào đổ bóng gần đó, góc lắp đặt so với đường chân trời chính xác là 45 độ. Góc này sẽ cho sản lượng điện trung bình hàng năm lớn nhất. Tất nhiên, có thể mua một cơ cấu quay có ổ điện và chức năng theo dõi mặt trời, nhưng điều này sẽ làm tăng ngân sách cho toàn bộ quá trình lắp đặt lên gần 2 lần, do đó đẩy lùi thời gian hoàn vốn của nó lên vô cùng.

Tôi không có câu hỏi nào về việc tạo ra năng lượng mặt trời vào những ngày nắng. Nó hoàn toàn tương ứng với những tính toán. Và ngay cả việc giảm sản lượng vào mùa đông, khi mặt trời không mọc cao trên đường chân trời, sẽ không quá nghiêm trọng nếu không có... mây. Mây là kẻ thù chính của quang điện. Đây là sản lượng hàng giờ trong hai ngày: ngày 5 và 6 tháng 10 năm 2016. Ngày 5 tháng 10 nắng chói chang, đến ngày 6 tháng 10 bầu trời phủ đầy mây chì. Mặt trời, ôi! Bạn đang trốn ở đâu?

Vào mùa đông còn có một vấn đề nhỏ khác - tuyết. Chỉ có một cách để giải quyết vấn đề này: lắp đặt các tấm gần như theo chiều dọc. Hoặc dọn tuyết theo cách thủ công mỗi ngày. Nhưng tuyết thì vô nghĩa, cái chính là mặt trời đang chiếu sáng. Ngay cả khi nó ở thấp trên đường chân trời.

Vì vậy, hãy tính toán chi phí:

Biến tần lưới (300-500 watt) - 5.000 rúp
Bảng điều khiển năng lượng mặt trời đơn tinh thể (Loại A - chất lượng cao nhất) 2 chiếc, mỗi chiếc 100 watt - 14.800 rúp
Dây nối các tấm pin mặt trời (tiết diện 6 mm2) - 700 rúp
Tổng cộng: 20.500 rúp.
Trong kỳ báo cáo vừa qua, 117,5 kWh đã được tạo ra; với mức giá hàng ngày hiện tại (5,53 rúp/kWh), con số này sẽ lên tới 650 rúp.
Nếu chúng ta giả định rằng chi phí của biểu giá mạng lưới sẽ không thay đổi (trên thực tế, chúng thay đổi tăng 2 lần một năm), thì tôi sẽ chỉ có thể hoàn vốn đầu tư vào năng lượng thay thế sau 32 năm nữa!

Và nếu bạn thêm pin, thì toàn bộ hệ thống này sẽ không bao giờ tự trả tiền. Do đó, năng lượng mặt trời khi có điện lưới chỉ có thể có lợi trong một trường hợp - khi giá điện của chúng ta ngang bằng với ở Châu Âu. Nếu 1 kWh điện mạng có giá hơn 25 rúp thì các tấm pin mặt trời sẽ mang lại lợi nhuận rất cao.
Trong khi đó, việc chỉ sử dụng các tấm pin mặt trời ở những nơi không có điện lưới sẽ mang lại lợi nhuận và việc triển khai nó quá tốn kém. Giả sử rằng bạn có ngôi nhà ở nông thôn của anh ấy, nằm cách đường dây điện gần nhất 3-5 km. Hơn nữa, đây là nơi có điện áp cao (nghĩa là bạn sẽ cần lắp đặt máy biến áp) và bạn không có hàng xóm (không có ai để chia sẻ chi phí). Nghĩa là, bạn sẽ phải trả khoảng 500.000 rúp để kết nối với mạng và sau đó bạn cũng sẽ phải trả phí mạng. Trong trường hợp này, sẽ có lợi hơn nếu bạn mua tấm pin mặt trời, bộ điều khiển và pin với số tiền này - sau khi đưa hệ thống vào hoạt động, bạn sẽ không cần phải trả thêm tiền nữa.
Trong khi đó, đáng để coi quang điện chỉ là một sở thích.

Viện Nghiên cứu Hệ thống Năng lượng Mặt trời Fraunhofer, Soitec, CEA-Leti và Trung tâm Helmholtz Berlin công bố rằng họ đã đạt được kỷ lục thế giới mới về hiệu quả chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện bằng cấu trúc pin mặt trời bốn lớp mới. Giống như một số pin mặt trời nhiều lớp khác, con chip này được thiết kế để hoạt động với bộ tập trung giúp tập trung dòng tia mặt trời gấp 297,3 lần, tức là diện tích của thấu kính tập trung lớn hơn khoảng 300 lần so với diện tích của tế bào quang điện. Hiệu suất 44,7% áp dụng cho phổ bức xạ mặt trời rộng: từ tia cực tím đến tia hồng ngoại. Năng lượng sóng có chiều dài 200-1800 nm được bốn lớp tế bào hấp thụ. Đây là một bước quan trọng hướng tới việc làm cho điện mặt trời rẻ hơn và tiến gần đến cột mốc quan trọng là hiệu suất 50%.

Pin mặt trời gồm bốn lớp chất bán dẫn III-IV được kết nối trực tiếp đạt hiệu suất 44,7%.


Vào tháng 5 năm 2013, một nhóm người Đức-Pháp từ Fraunhofer ISE, Soitec, CEA-Leti và Helmholtz Center Berlin đã công bố việc tạo ra pin mặt trời với hiệu suất 43,6%. Dựa trên kết quả này và nhờ các bước nghiên cứu chuyên sâu và tối ưu hóa sâu hơn, hiệu suất đã đạt được là 44,7%.
Những pin mặt trời này được sử dụng trong bộ tập trung quang điện (PVC), một công nghệ có hiệu suất cao hơn gấp đôi so với các nhà máy quang điện thông thường ở những vị trí giàu ánh nắng mặt trời. Việc sử dụng chất bán dẫn III-V ban đầu được sử dụng trong công nghệ vũ trụ đã giúp đạt được hiệu quả cao trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Trong kết nối pin mặt trời này, các tế bào làm từ chất bán dẫn III-V được xếp chồng lên nhau. Mỗi lớp hấp thụ các bước sóng khác nhau từ quang phổ mặt trời.


Hiệu suất lượng tử bên ngoài của pin mặt trời bốn cell (mỗi lớp trong số bốn lớp có màu riêng).



Đặc tính dòng điện cho pin mặt trời phá kỷ lục


Frank Dimroth, trưởng bộ phận và giám đốc dự án chịu trách nhiệm phát triển lĩnh vực này tại Viện Fraunhofer, cho biết: “Chúng tôi vô cùng tự hào về đội ngũ của mình, những người đã nghiên cứu pin mặt trời này được ba năm”. “Loại kết nối pin mặt trời này đã được cải tiến trong nhiều năm nhờ quá trình thử nghiệm cẩn thận. Ngoài việc cải tiến vật liệu và tối ưu hóa cấu trúc, công nghệ "liên kết tấm" mới cũng đóng một vai trò quan trọng. Với công nghệ này, chúng tôi có thể kết nối hai chip bán dẫn không thể phát triển chồng lên nhau trong khi vẫn duy trì chất lượng cao của chúng. Bằng cách này, chúng tôi có thể tạo ra sự kết hợp tối ưu để đạt được hiệu suất cao của pin mặt trời.”
"Mức tăng hiệu suất kỷ lục thế giới hơn 1% trong vòng chưa đầy 4 tháng này chứng tỏ tiềm năng cực kỳ cao của loại kết nối pin mặt trời mới này." André-Jacques Auberton-Hervé, Chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành của Soitec cho biết. "Thành tựu mới này khẳng định xu hướng hướng tới hiệu quả cao hơn, vốn là chìa khóa cho khả năng cạnh tranh của các hệ thống pin mặt trời của chúng tôi. Chúng tôi rất tự hào về thành tích này và nó thể hiện sự thành công trong sự hợp tác của chúng tôi."
"Kỷ lục mới củng cố niềm tin vào khả năng ghép nối trực tiếp của chất bán dẫn. Quá trình này được phát triển thông qua sự hợp tác của chúng tôi với Soitec và Viện Fraunhofer. Chúng tôi rất tự hào về kết quả mới này, mở ra triển vọng lớn cho công nghệ năng lượng mặt trời dựa trên loại mới về sự kết nối của các yếu tố", Giám đốc điều hành Leti Laurent Mallier cho biết.
Các mô-đun tập trung được sản xuất bởi Soitec (dự án bắt đầu vào năm 2005 với tên "Concentrix Solar" và là một nhánh của một dự án tương tự của Viện Fraunhofer). Công nghệ hiệu quả này được sử dụng trong các nhà máy điện nằm ở khu vực có tỷ lệ bức xạ mặt trời trực tiếp cao. Soitec hiện có cơ sở lắp đặt tại 18 quốc gia, bao gồm Ý, Pháp, Nam Phi và bang California.