Thực đơn
trang chủHướng dẫn

Ảnh hưởng của các yếu tố sơn đến hiệu suất của pin mặt trời. Cân bằng hiệu quả của các tấm pin mặt trời. Tuổi thọ và khả năng hoàn vốn của tấm pin mặt trời

Năng lượng thay thế đang phát triển đến mức tối đa ở châu Âu, cho thấy kết quả đầy hứa hẹn. Các loại tấm pin mặt trời mới đang xuất hiện và hiệu suất của chúng ngày càng tăng.

Nếu bạn muốn đảm bảo hoạt động của một tòa nhà công nghiệp hoặc khu dân cư sử dụng năng lượng mặt trời, trước tiên bạn phải hiểu sự khác biệt giữa các thiết bị, vì chúng được sử dụng ở các vùng khí hậu khác nhau các loại khác nhau Tấm năng lượng mặt trời.

Phần lớn các tấm pin mặt trời được giác quan vật lý bộ chuyển đổi quang điện. Hiệu ứng phát điện xảy ra ở nơi chất bán dẫn pn chuyển tiếp.

Tấm silicon là cơ sở cho giá thành của các tấm pin mặt trời, nhưng khi sử dụng chúng làm nguồn điện suốt ngày đêm, bạn sẽ phải mua thêm pin đắt tiền

Bảng điều khiển bao gồm hai tấm silicon với các đặc tính khác nhau. Dưới tác động của ánh sáng, một trong số chúng phát triển tình trạng thiếu electron và cái còn lại - dư thừa chúng. Mỗi tấm có dải dây dẫn bằng đồng được kết nối với bộ chuyển đổi điện áp. Một tấm pin mặt trời công nghiệp bao gồm nhiều tế bào quang điện nhiều lớp được liên kết với nhau và gắn trên một chất nền dẻo hoặc cứng.

Hiệu suất của thiết bị phụ thuộc phần lớn vào độ tinh khiết của silicon và sự định hướng của các tinh thể của nó. Chính những thông số này mà các kỹ sư đã cố gắng cải thiện trong suốt nhiều thập kỷ qua. Vấn đề chính của vấn đề này là chi phí cao của các quy trình làm cơ sở cho việc tinh chế silicon và sắp xếp các tinh thể theo một hướng trên toàn bộ tấm nền.

Mỗi năm, hiệu suất tối đa của các tấm pin mặt trời khác nhau thay đổi theo mặt lớn, bởi vì hàng tỷ đô la đang được đầu tư vào nghiên cứu vật liệu quang điện mới

Chất bán dẫn cho bộ chuyển đổi quang điện có thể được chế tạo không chỉ từ silicon mà còn từ các vật liệu khác. Nguyên tắc hoạt động của họ không thay đổi.

Các loại bộ chuyển đổi quang điện

Các tấm pin mặt trời công nghiệp được phân loại theo đặc điểm thiết kế và loại lớp quang điện hoạt động. Có các loại pin này dựa trên loại thiết bị:

  • linh hoạt;
  • cứng.

Các tấm pin mặt trời màng mỏng linh hoạt đang dần chiếm lĩnh một vị trí ngày càng lớn trên thị trường nhờ tính linh hoạt khi lắp đặt, bởi vì chúng có thể được lắp đặt trên hầu hết các bề mặt với nhiều hình thức kiến ​​trúc khác nhau.

Các đặc tính thực tế của tấm pin mặt trời thường thấp hơn so với đặc tính được nêu trong hướng dẫn. Vì vậy, trước khi lắp đặt chúng ở nhà, bạn nên tự mình xem một dự án đã hoàn thành tương tự.

Dựa vào loại lớp quang điện hoạt động, pin năng lượng mặt trời được chia thành các loại sau:

  1. Silicon:
    • đơn tinh thể;
    • đa tinh thể;
    • vô định hình.
  2. Tellurium-cadmium.
  3. Dựa trên selenua indi-đồng-gallium.
  4. Polyme.
  5. Hữu cơ.
  6. Dựa trên gali arsenide.
  7. Kết hợp và nhiều lớp.

Không phải tất cả các loại tấm pin mặt trời đều được người tiêu dùng nói chung quan tâm mà chỉ có hai loại tinh thể đầu tiên. Mặc dù một số loại tấm khác có hiệu suất cao nhưng chúng không được sử dụng rộng rãi do giá thành cao.

Thư viện hình ảnh

Tế bào quang điện silicon khá nhạy cảm với nhiệt. Nhiệt độ cơ bản để đo phát điện là 25°C. Khi tăng một độ, hiệu suất của các tấm pin giảm 0,45-0,5%.

Đặc điểm của tấm silicon

Silicon dùng cho pin mặt trời được làm từ bột thạch anh - tinh thể thạch anh nghiền. Nguồn nguyên liệu thô phong phú nhất nằm ở Tây Siberia và Trung Urals nên triển vọng cho khu vực năng lượng mặt trời này gần như vô hạn. Ngay cả hiện nay, các tấm silicon tinh thể và vô định hình đã chiếm hơn 80% thị trường. Vì vậy, đáng để xem xét chúng chi tiết hơn.

Tấm silicon đơn tinh thể

Tấm silicon đơn tinh thể hiện đại (mono-Si) có màu xanh đậm đồng nhất trên toàn bộ bề mặt. Silicon tinh khiết nhất được sử dụng để sản xuất. Pin mặt trời đơn tinh thể có giá cao nhất trong số tất cả các tấm silicon nhưng cũng mang lại hiệu quả tốt nhất.

Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể lớn với cơ chế quay hoàn toàn phù hợp với cảnh quan sa mạc. Có điều kiện để đạt năng suất tối đa

Chi phí sản xuất cao là do khó định hướng tất cả các tinh thể silicon theo cùng một hướng. Do các đặc tính vật lý này của lớp làm việc, hiệu suất tối đa chỉ được đảm bảo với góc tới vuông góc tia nắng mặt trời lên bề mặt của tấm.

Pin đơn tinh thể yêu cầu thiết bị bổ sung tự động quay chúng vào ban ngày sao cho mặt phẳng của các tấm vuông góc với tia nắng nhất có thể.

Các lớp silicon với các tinh thể một mặt được cắt từ một khối kim loại hình trụ nên các khối quang điện thành phẩm trông giống như một hình vuông được bo tròn ở các góc.

Ưu điểm của pin silicon đơn tinh thể bao gồm:

  1. Hiệu quả cao với giá trị 17-25%.
  2. Diện tích thiết bị nhỏ hơn trên mỗi đơn vị năng lượng so với các tấm silicon đa tinh thể.
  3. Hiệu suất phát điện đầy đủ được đảm bảo lên đến 25 năm.

Chỉ có hai nhược điểm đối với loại pin như vậy:

  1. Chi phí cao và thời gian hoàn vốn lâu.
  2. Nhạy cảm với ô nhiễm. Bụi làm tán xạ ánh sáng, do đó hiệu suất của các tấm pin mặt trời được phủ nó giảm mạnh.

Do nhu cầu ánh sáng mặt trời trực tiếp nên các tấm pin mặt trời đơn tinh thể được lắp đặt chủ yếu ở những khu vực thoáng đãng hoặc trên cao. Khu vực càng gần xích đạo và càng có nhiều ngày nắng thì càng nên lắp đặt loại phần tử quang điện đặc biệt này.

Pin mặt trời đa tinh thể

Tấm silicon đa tinh thể (multi-Si) có màu xanh lam có cường độ không đồng đều do sự định hướng đa dạng của các tinh thể. Độ tinh khiết của silicon được sử dụng trong sản xuất của chúng thấp hơn một chút so với các chất tương tự đơn tinh thể.

Tinh thể đa hướng mang lại hiệu quả cao trong ánh sáng khuếch tán - 12-18%. Nó thấp hơn so với các tinh thể đơn hướng, nhưng trong điều kiện thời tiết nhiều mây, những tấm như vậy sẽ hiệu quả hơn.

Tính không đồng nhất của vật liệu cũng dẫn đến giảm giá thành sản xuất silicon. Kim loại tinh khiết dành cho các tấm pin mặt trời đa tinh thể được đổ vào khuôn mà không cần bất kỳ thủ thuật đặc biệt nào. Trong sản xuất, các kỹ thuật đặc biệt được sử dụng để tạo thành tinh thể nhưng hướng của chúng không được kiểm soát. Sau khi làm mát, silicon được cắt thành từng lớp và xử lý theo thuật toán đặc biệt.

Các tấm đa tinh thể không yêu cầu hướng liên tục về phía mặt trời, vì vậy mái nhà và các tòa nhà công nghiệp được sử dụng tích cực để bố trí chúng.

Vào ban ngày, với những đám mây nhẹ, ưu điểm của tấm pin mặt trời làm từ silicon vô định hình sẽ không được thể hiện rõ; ưu điểm của chúng chỉ bộc lộ dưới những đám mây dày đặc hoặc trong bóng râm;

Ưu điểm của pin mặt trời với tinh thể đa hướng bao gồm:

  1. Hiệu quả cao trong điều kiện ánh sáng khuếch tán.
  2. Khả năng buộc chặt vĩnh viễn trên mái của các tòa nhà.
  3. Chi phí thấp hơn so với các tấm đơn tinh thể.
  4. Hiệu suất giảm sau 20 năm hoạt động chỉ 15-20%.

Tấm đa tinh thể cũng có nhược điểm:

  1. Giảm hiệu quả với giá trị 12-18%.
  2. Yêu cầu nhiều không gian lắp đặt hơn trên mỗi đơn vị năng lượng so với các loại đơn tinh thể.

Các tấm pin mặt trời đa tinh thể đang chiếm thị phần ngày càng tăng trong số các loại pin silicon khác. Điều này được đảm bảo bởi các cơ hội tiềm năng rộng lớn để giảm chi phí sản xuất của họ. Hiệu suất của các tấm như vậy cũng tăng lên hàng năm, nhanh chóng đạt tới mức 20% đối với các sản phẩm sản xuất hàng loạt.

Tấm pin mặt trời silicon vô định hình

Cơ chế sản xuất tấm pin mặt trời từ silicon vô định hình về cơ bản khác với cơ chế sản xuất tế bào quang điện tinh thể. Ở đây, nó không phải là phi kim loại nguyên chất được sử dụng mà là hydrua của nó, hơi nóng của nó đọng lại trên bề mặt. Kết quả của công nghệ này là các tinh thể cổ điển không được hình thành và chi phí sản xuất giảm mạnh.

Pin mặt trời silicon vô định hình lắng đọng có thể được gắn trên đế polymer dẻo hoặc tấm kính cứng

TRÊN khoảnh khắc nàyĐã có ba thế hệ tấm silicon vô định hình, mỗi thế hệ đều có hiệu suất tăng lên rõ rệt. Nếu như các mô-đun quang điện đầu tiên có hiệu suất 4-5% thì hiện nay các mô-đun thế hệ thứ hai với hiệu suất 8-9% được bán rộng rãi trên thị trường. Các tấm vô định hình mới nhất có hiệu suất lên tới 12% và đã bắt đầu được bày bán, nhưng chúng vẫn khá đắt.

Do đặc điểm của công nghệ sản xuất này là có thể tạo ra một lớp silicon trên cả chất nền cứng và dẻo. Do đó, các mô-đun silicon vô định hình được sử dụng tích cực trong các mô-đun năng lượng mặt trời màng mỏng linh hoạt. Nhưng các lựa chọn có lớp nền đàn hồi đắt hơn nhiều.

Cấu trúc hóa lý của silicon vô định hình cho phép hấp thụ tối đa các photon của ánh sáng tán xạ yếu để tạo ra điện. Vì vậy, những tấm như vậy rất thuận tiện để sử dụng ở các khu vực phía Bắc có diện tích trống lớn. Hiệu suất của pin dựa trên silicon vô định hình không giảm ngay cả ở nhiệt độ cao, mặc dù chúng kém hơn về thông số này so với các tấm gali arsenide.

Với cùng chi phí thiết bị, các tấm pin mặt trời silicon hydride cho thấy hiệu suất cao hơn so với các tấm đơn tinh thể và đa tinh thể của chúng

Tóm lại, chúng ta có thể chỉ ra những ưu điểm sau của tấm pin mặt trời vô định hình:

  1. Khả năng sản xuất tấm linh hoạt và mỏng.
  2. Hiệu quả cao trong ánh sáng khuếch tán.
  3. Lắp đặt pin trên mọi hình thức kiến ​​trúc.
  4. Hoạt động ổn định ở nhiệt độ cao.
  5. Sự đơn giản và độ tin cậy của thiết kế. Những tấm như vậy thực tế không bị vỡ.
  6. Giảm hiệu suất ít hơn khi bề mặt có bụi so với các chất tương tự dạng tinh thể

Tuổi thọ của các tế bào quang điện như vậy, bắt đầu từ thế hệ thứ hai, là 20-25 năm với mức giảm điện năng 15-20%. Nhược điểm duy nhất của tấm silicon vô định hình bao gồm nhu cầu diện tích lớn hơn để chứa các thiết bị có công suất cần thiết.

Tổng quan về các thiết bị không chứa silicon

Một số tấm pin mặt trời, được chế tạo bằng kim loại quý hiếm và đắt tiền, có hiệu suất trên 30%. Chúng đắt hơn nhiều lần so với các sản phẩm silicon tương tự, nhưng vẫn chiếm lĩnh thị trường giao dịch công nghệ cao do những đặc điểm đặc biệt của chúng.

Tấm pin mặt trời kim loại quý hiếm

Có một số loại tấm pin mặt trời bằng kim loại quý hiếm và không phải tất cả chúng đều hiệu quả hơn mô-đun silicon đơn tinh thể. Tuy nhiên, khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt cho phép các nhà sản xuất tấm pin mặt trời như vậy tạo ra các sản phẩm có tính cạnh tranh và tiến hành nghiên cứu sâu hơn.

Tấm cadmium Telluride được sử dụng tích cực để ốp các tòa nhà ở các nước xích đạo và Ả Rập, nơi bề mặt của chúng nóng lên tới 70-80 độ vào ban ngày

Các hợp kim chính được sử dụng để chế tạo tế bào quang điện là cadmium Telluride (CdTe), indium copper gallium selenide (CIGS) và đồng indium selenide (CIS). Cadmium là một kim loại độc hại, còn indium, gallium và Tellurium khá hiếm và đắt tiền, vì vậy về mặt lý thuyết, việc sản xuất hàng loạt tấm pin mặt trời dựa trên chúng là không thể.

Hiệu suất của các tấm như vậy ở mức 25-35%, mặc dù trong những trường hợp đặc biệt, nó có thể đạt tới 40%. Trước đây, chúng được sử dụng chủ yếu trong ngành vũ trụ, nhưng giờ đây một hướng đi mới đầy hứa hẹn đã xuất hiện.

Do hoạt động ổn định của các tế bào quang điện làm bằng kim loại hiếm ở nhiệt độ 130-150°C nên chúng được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện mặt trời. Trong trường hợp này, tia nắng mặt trời từ hàng chục hoặc hàng trăm gương tập trung vào một bảng nhỏ, bảng này đồng thời tạo ra điện và đảm bảo truyền năng lượng nhiệt sang bộ trao đổi nhiệt nước.

Khi nước nóng lên, hơi nước được hình thành, khiến tuabin quay và tạo ra điện. Bằng cách này, năng lượng mặt trời được chuyển đổi đồng thời thành năng lượng điện theo hai cách với hiệu quả tối đa.

Các chất tương tự polyme và hữu cơ

Các mô-đun quang điện dựa trên các hợp chất hữu cơ và polyme mới bắt đầu được phát triển trong thập kỷ qua, nhưng các nhà nghiên cứu đã đạt được tiến bộ đáng kể. Tiến bộ lớn nhất được thể hiện bởi công ty Heliatek của Châu Âu, công ty đã trang bị cho một số tòa nhà cao tầng các tấm pin mặt trời hữu cơ. Độ dày của cấu trúc màng cuộn kiểu HeliaFilm chỉ 1 mm.

Trong quá trình sản xuất tấm polyme, các chất như carbon fullerene, đồng phthalocyanine, polyphenylene và các chất khác được sử dụng. Hiệu suất của các tế bào quang điện như vậy đã đạt 14-15% và chi phí sản xuất thấp hơn nhiều lần so với các tấm pin mặt trời tinh thể.

Vấn đề về thời gian phân hủy của lớp làm việc hữu cơ là cấp tính. Cho đến nay, không thể khẳng định một cách đáng tin cậy mức độ hiệu quả của nó sau vài năm hoạt động.

Ưu điểm của tấm pin mặt trời hữu cơ là:

  • khả năng xử lý an toàn với môi trường;
  • chi phí sản xuất thấp;
  • thiết kế linh hoạt.

Nhược điểm của các tế bào quang điện như vậy bao gồm hiệu suất tương đối thấp và thiếu thông tin đáng tin cậy về thời gian hoạt động ổn định của các tấm. Có thể trong 5-10 năm nữa, tất cả những nhược điểm của pin mặt trời hữu cơ sẽ biến mất và chúng sẽ trở thành đối thủ cạnh tranh nặng ký đối với tấm wafer silicon.

Chọn tấm pin năng lượng mặt trời nào?

Việc lựa chọn tấm pin mặt trời cho nhà ở nông thôn ở vĩ độ 45-60 ° không khó. Chỉ có hai lựa chọn đáng xem xét ở đây: tấm silicon đa tinh thể và đơn tinh thể. Nếu thiếu không gian, tốt hơn nên ưu tiên các mẫu hiệu quả hơn với hướng tinh thể một mặt; nếu diện tích không giới hạn, nên mua pin đa tinh thể.

Bạn không nên dựa vào dự báo của các công ty phân tích về sự phát triển của thị trường tấm pin mặt trời, bởi vì những ví dụ điển hình nhất về chúng có thể vẫn chưa được phát minh

Chọn một nhà sản xuất cụ thể, công suất yêu cầu và trang thiết bị tùy chọn Sẽ tốt hơn nếu có sự tham gia của người quản lý các công ty liên quan đến việc bán và lắp đặt các thiết bị đó. Bạn nên biết rằng chất lượng và giá thành của các module quang điện rất cao. nhà sản xuất lớn nhất khác nhau chút ít.

Cần lưu ý rằng khi đặt mua một bộ thiết bị chìa khóa trao tay, giá thành của bản thân các tấm pin mặt trời sẽ chỉ bằng 30-40% so với tổng cộng. Thời gian hoàn vốn của các dự án như vậy là 5-10 năm, tùy thuộc vào mức độ tiêu thụ năng lượng và khả năng bán lượng điện dư thừa lên lưới điện thành phố.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Các video được trình bày cho thấy hoạt động của các tấm pin mặt trời khác nhau trong điều kiện thực tế. Họ cũng sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về vấn đề lựa chọn thiết bị liên quan.

Quy tắc lựa chọn tấm pin mặt trời và các thiết bị liên quan:

Các loại tấm pin mặt trời:

Thử nghiệm các tấm đơn tinh thể và đa tinh thể:

Dành cho dân cư và cơ sở công nghiệp nhỏ sự thay thế thực sự tấm silicon tinh thể vẫn chưa có sẵn. Nhưng tốc độ phát triển của các loại tấm pin mặt trời mới cho phép chúng ta hy vọng rằng trong những thập kỷ tới, năng lượng mặt trời sẽ trở thành nguồn điện chính ở nhiều nước. nhà ở nông thôn và nhà gỗ.

Không ngừng làm chủ những lĩnh vực mới, năng lượng mặt trời ngày càng tiến về phía trước, nâng giá trị hiệu quả lên tầm cao mới. Không có gì bí mật cả hiệu suất mà chúng mang lại không thể cạnh tranh với các nguồn năng lượng đã được thiết lập. Đổ lỗi cho tất cả hiệu năng thấp các tấm hiện có.

Tác động của các yếu tố khác nhau đến hiệu suất

Tăng hiệu quả là vấn đề đau đầu đối với tất cả các nhà nghiên cứu làm việc theo hướng này. Ngày nay hiệu quả thiết bị tương tự nằm trong khoảng từ 15 đến 25%. Tỷ lệ này rất thấp. Pin năng lượng mặt trời là một thiết bị có yêu cầu cực kỳ cao, việc nó có thể hoạt động ổn định phụ thuộc vào nhiều nguyên nhân.

Các yếu tố chính có thể ảnh hưởng đến hiệu suất theo hai cách bao gồm:

  • Vật liệu nền pin mặt trời. Điểm yếu nhất trong vấn đề này là pin mặt trời đa tinh thể, có hiệu suất lên tới 15%. Các mô-đun dựa trên indium-gallium hoặc cadmium-telurium, có hiệu suất lên tới 20%, có thể được coi là có triển vọng.
  • Định hướng của máy thu thông lượng mặt trời. Lý tưởng nhất là các tấm pin mặt trời với bề mặt làm việc của chúng phải hướng về phía mặt trời ở một góc vuông. Họ nên ở vị trí này càng lâu càng tốt. Để tăng thời lượng định vị đúng mô-đun trong lĩnh vực năng lượng mặt trời, hơn thế nữa chất tương tự đắt tiền có trong kho vũ khí của họ một thiết bị theo dõi mặt trời giúp quay pin theo chuyển động của ánh sáng.
  • Quá nóng của cài đặt. Nhiệt độ tăng cao có tác động tiêu cực đến việc phát điện, vì vậy trong quá trình lắp đặt cần đảm bảo thông gió và làm mát đầy đủ cho các tấm pin. Điều này đạt được bằng cách lắp đặt một khoảng cách thông gió giữa bảng điều khiển và bề mặt lắp đặt.
  • Bóng của bất kỳ vật thể nào có thể làm hỏng đáng kể hiệu quả của toàn bộ hệ thống.

Bằng cách đáp ứng tất cả các yêu cầu và nếu có thể, lắp đặt các tấm pin vào vị trí mong muốn, bạn có thể thu được các tấm pin mặt trời với hiệu suất cao. Chính xác là cao, không phải tối đa. Thực tế là hiệu suất tính toán hoặc lý thuyết là giá trị thu được trong điều kiện phòng thí nghiệm, với các thông số trung bình về thời lượng ban ngày và số ngày nhiều mây.

Tất nhiên, trong thực tế, tỷ lệ tác dụng có lợi sẽ thấp hơn.

Khi chọn các tấm pin mặt trời cho ngôi nhà của bạn, tốt hơn là nên tập trung vào giới hạn hiệu suất dưới hơn là giới hạn trên. Do đó, sau khi chọn các mô-đun năng lượng mặt trời và tất cả các thành phần cần thiết để vận hành, bạn có thể chắc chắn rằng hệ thống lắp đặt đã lắp đặt có đủ nguồn điện. Bằng cách chọn giới hạn hiệu suất thấp hơn khi tính toán, bạn có thể tiết kiệm chi phí mua các tấm bổ sung, được mua để tái bảo hiểm trong trường hợp thiếu điện.

Khuyến khích triển vọng phát triển

Ngày nay, kỷ lục tuyệt đối về hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời thuộc về các nhà phát triển Mỹ và là 42,8%. Giá trị này cao hơn 2% so với kỷ lục trước đó vào năm 2010. Con số kỷ lục năng lượng đã đạt được bằng cách cải tiến pin mặt trời làm từ silicon tinh thể. Điểm độc đáo của nghiên cứu này là tất cả các phép đo được thực hiện độc quyền trong điều kiện làm việc, nghĩa là không phải trong phòng thí nghiệm và nhà kính, mà ở các vị trí thực tế của việc lắp đặt được đề xuất.

Đằng sau hậu trường của các phòng thí nghiệm kỹ thuật tương tự, công việc tiếp tục tăng kỷ lục mới nhất. Mục tiêu tiếp theo của các nhà phát triển là giới hạn hiệu quả mô-đun năng lượng mặt trờiở mức 50%. Mỗi ngày, nhân loại đang ngày càng tiến gần đến thời điểm năng lượng mặt trời sẽ thay thế hoàn toàn các nguồn năng lượng độc hại và đắt tiền hiện đang được sử dụng, sánh ngang với những gã khổng lồ như nhà máy thủy điện.

TRONG Gần đây Năng lượng mặt trời đang phát triển với tốc độ chóng mặt

Gần đây, năng lượng mặt trời đã phát triển với tốc độ nhanh đến mức trong 10 năm điện mặt trời trong sản xuất điện hàng năm trên toàn cầu đã tăng từ 0,02% năm 2006 lên gần 1% vào năm 2016.


Dam Solar Park là nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới. Công suất 850 MW.

Nguyên liệu chính cho các nhà máy điện mặt trời là silicon, nguồn dự trữ trên Trái đất thực tế là vô tận. Một vấn đề là hiệu quả của pin mặt trời silicon còn nhiều điều chưa được mong đợi. Các tấm pin mặt trời hiệu quả nhất có hiệu suất không quá 23%. MỘT trung bình hiệu suất dao động từ 16% đến 18%. Vì vậy, các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới liên quan đến lĩnh vực quang điện mặt trời đang nỗ lực giải phóng các bộ chuyển đổi quang năng mặt trời khỏi hình ảnh nhà cung cấp điện đắt tiền.

Một cuộc đấu tranh thực sự đã diễn ra để tạo ra một siêu tế bào năng lượng mặt trời. Tiêu chí chính là hiệu quả cao và chi phí thấp. Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) ở Hoa Kỳ thậm chí còn phát hành định kỳ một bản tin phản ánh kết quả tạm thời của cuộc đấu tranh này. Và mỗi tập phim đều cho thấy những người chiến thắng và kẻ thua cuộc, những người ngoài cuộc và những người mới nổi vô tình tham gia vào cuộc đua này.

Dẫn đầu: tế bào năng lượng mặt trời đa lớp

Những bộ chuyển đổi khí heli này trông giống như một chiếc bánh sandwich Vật liệu khác nhau, bao gồm perovskite, silicon và màng mỏng. Trong trường hợp này, mỗi lớp chỉ hấp thụ ánh sáng có bước sóng nhất định. Kết quả là, các tế bào helium nhiều lớp này, với diện tích bề mặt làm việc bằng nhau, tạo ra nhiều năng lượng hơn đáng kể so với các tế bào khác.

Hiệu suất phá kỷ lục của bộ chuyển đổi quang nhiều lớp đã đạt được vào cuối năm 2014 bởi một nhóm nghiên cứu chung Đức-Pháp do Tiến sĩ Frank Dimroth dẫn đầu tại Viện Hệ thống Fraunhofer năng lượng mặt trời. Hiệu suất đạt được là 46%. Giá trị hiệu quả tuyệt vời này đã được xác nhận bởi một nghiên cứu độc lập tại NMIJ/AIST - trung tâm đo lường lớn nhất Nhật Bản.


Pin mặt trời nhiều lớp. Hiệu suất – 46%

Những tế bào này được tạo thành từ bốn lớp và một thấu kính tập trung ánh sáng mặt trời vào chúng. Những nhược điểm bao gồm sự hiện diện của germanium trong cấu trúc của chất nền, điều này làm tăng nhẹ giá thành của mô-đun năng lượng mặt trời. Nhưng tất cả những thiếu sót của tế bào nhiều lớp cuối cùng đều có thể được loại bỏ và các nhà nghiên cứu tin tưởng rằng trong tương lai rất gần, sự phát triển của chúng sẽ rời khỏi bức tường phòng thí nghiệm và bước vào thế giới rộng lớn.

Tân binh của năm - Perovskite

Khá bất ngờ, một người mới đã can thiệp vào cuộc đua dẫn đầu - perovskite. Perovskite là tên gọi chung cho tất cả các vật liệu có cấu trúc tinh thể lập phương nhất định. Mặc dù perovskite đã được biết đến từ lâu nhưng nghiên cứu về pin mặt trời làm từ vật liệu này chỉ mới bắt đầu từ năm 2006 đến 2008. Kết quả ban đầu thật đáng thất vọng: hiệu suất của bộ chuyển đổi quang perovskite không vượt quá 2%. Đồng thời, các tính toán cho thấy con số này có thể cao hơn rất nhiều. Thật vậy, sau một loạt thử nghiệm thành công, vào tháng 3 năm 2016, các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã nhận được hiệu quả được xác nhận là 22%, bản thân điều này đã trở thành một hiện tượng.


Pin mặt trời Perovskite

Ưu điểm của tế bào perovskite là chúng thuận tiện hơn khi làm việc và dễ sản xuất hơn so với các tế bào silicon tương tự. Với việc sản xuất hàng loạt bộ chuyển đổi quang perovskite, giá một watt điện có thể lên tới 0,10 USD. Nhưng các chuyên gia tin rằng miễn là tế bào helium perovskite đạt hiệu suất tối đa và bắt đầu được sản xuất với số lượng công nghiệp, chi phí cho một watt điện “silicon” có thể giảm đáng kể và đạt mức tương tự là 0,10 USD.

Thí nghiệm: chấm lượng tử và pin mặt trời hữu cơ

Loại bộ chuyển đổi quang năng mặt trời này vẫn đang ở giai đoạn phát triển ban đầu và chưa thể được coi là đối thủ cạnh tranh nghiêm trọng với pin helium hiện có. Tuy nhiên, nhà phát triển, Đại học Toronto, tuyên bố rằng theo tính toán lý thuyết, hiệu suất của pin mặt trời dựa trên hạt nano - chấm lượng tử - sẽ trên 40%. Bản chất phát minh của các nhà khoa học Canada là các hạt nano - chấm lượng tử - có thể hấp thụ ánh sáng ở các dải quang phổ khác nhau. Bằng cách thay đổi kích thước của các chấm lượng tử này, người ta có thể chọn phạm vi hoạt động tối ưu của bộ chuyển đổi quang.


Pin mặt trời dựa trên chấm lượng tử

Và xem xét rằng lớp nano này có thể được áp dụng bằng cách phun lên bất kỳ chất nền nào, kể cả trong suốt, có triển vọng đầy hứa hẹn trong ứng dụng thực tế của khám phá này. Và mặc dù ngày nay trong các phòng thí nghiệm khi làm việc với chấm lượng tử chỉ số hiệu quả chỉ đạt được 11,5%; Và công việc vẫn tiếp tục.

Cửa sổ năng lượng mặt trời – pin mặt trời mới có hiệu suất 50%

Công ty Solar Window đến từ Maryland (Mỹ) vừa giới thiệu công nghệ “kính năng lượng mặt trời” mang tính cách mạng, làm thay đổi hoàn toàn những quan niệm truyền thống về tấm pin mặt trời.

Trước đây, đã có báo cáo về công nghệ helium trong suốt, cũng như việc công ty này hứa hẹn sẽ tăng đáng kể hiệu suất của các mô-đun năng lượng mặt trời. Và, như được hiển thị sự kiện cuối cùng, đây không chỉ là những lời hứa mà còn là hiệu suất 50% - không còn chỉ là niềm vui lý thuyết của các nhà nghiên cứu của công ty. Trong khi các nhà sản xuất khác mới gia nhập thị trường với kết quả khiêm tốn hơn, Solar Window đã trình làng những phát triển công nghệ cao thực sự mang tính cách mạng trong lĩnh vực quang điện helium.

Những phát triển này mở đường cho việc sản xuất pin mặt trời trong suốt, có hiệu suất cao hơn đáng kể so với pin truyền thống. Nhưng đây không phải là lợi thế duy nhất của các mô-đun năng lượng mặt trời mới từ Maryland. Các tế bào helium mới có thể dễ dàng gắn vào bất kỳ bề mặt trong suốt nào (ví dụ: cửa sổ), có thể hoạt động trong bóng râm hoặc khi chiếu sáng nhân tạo. Do chi phí thấp, các khoản đầu tư vào việc trang bị một tòa nhà với các mô-đun như vậy có thể tự hoàn vốn trong vòng một năm. Để so sánh, thời gian hoàn vốn của các tấm pin mặt trời truyền thống dao động từ 5 đến 10 năm, đây là một sự khác biệt rất lớn.



Pin mặt trời của công ty Solar Window

Công ty Solar Window công bố một số chi tiết công nghệ mới có được pin mặt trời với hiệu suất cao như vậy. Tất nhiên, bí quyết chính đã bị loại ra khỏi phương trình. Tất cả các tế bào helium được làm chủ yếu bằng vật liệu hữu cơ. Các lớp nguyên tố bao gồm các chất dẫn điện trong suốt, carbon, hydro, nitơ và oxy. Theo công ty, việc sản xuất các mô-đun năng lượng mặt trời này thân thiện với môi trường đến mức tác động đến môi trường ít hơn 12 lần so với việc sản xuất các mô-đun khí heli truyền thống. Trong 28 tháng tới, những tấm pin mặt trời trong suốt đầu tiên sẽ được lắp đặt ở một số tòa nhà, trường học, văn phòng và tòa nhà chọc trời.

Nếu chúng ta nói về triển vọng phát triển quang điện helium, rất có thể pin mặt trời silicon truyền thống có thể trở thành quá khứ, nhường chỗ cho các thành phần đa chức năng, nhẹ, hiệu quả cao, mở ra những chân trời rộng lớn nhất cho năng lượng helium. được phát hành

Điều gì ảnh hưởng đến hiệu quả và hiệu suất của các tấm pin mặt trời?

Ngày nay có rất nhiều cuộc thảo luận xung quanh vấn đề như hiệu quả của hệ mặt trời. Đây là một trong những tiêu chí quan trọng khi đánh giá hiệu quả của các tấm pin mặt trời. Tăng chỉ số này là nhiệm vụ chính hướng tới giảm chi phí chuyển đổi năng lượng mặt trời và mở rộng việc sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời. Hiệu suất thấp của các tấm pin mặt trời là nhược điểm chính của chúng. Mét vuông Pin mặt trời hiện đại cung cấp 15-20% năng lượng bức xạ mặt trời chiếu vào nó. Và đây là trong điều kiện hoạt động thuận lợi nhất. Do đó, việc lắp đặt nhiều tấm pin mặt trời là cần thiết để cung cấp nguồn năng lượng cần thiết. khu vực rộng lớn. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng tìm hiểu hiệu quả của thiết bị đó như thế nào và hiệu quả của nó phụ thuộc vào điều gì. Chúng ta cũng sẽ nói về tuổi thọ sử dụng và khả năng hoàn vốn của các tấm pin mặt trời.

Hoạt động của các tấm pin mặt trời dựa trên đặc tính của các phần tử bán dẫn. Ánh sáng mặt trời chiếu vào các tấm quang điện bởi các photon sẽ đánh bật các electron khỏi quỹ đạo bên ngoài của nguyên tử. Số lượng lớn electron thu được sẽ cung cấp dòng điện trong mạch kín. Một hoặc hai tấm không đủ cho nguồn điện bình thường. Do đó, một số mảnh được kết hợp thành các tấm pin mặt trời. Để có được điện áp và công suất cần thiết, chúng được mắc song song và nối tiếp. Số lớn hơn tế bào quang điện cung cấp một diện tích lớn để hấp thụ năng lượng mặt trời và tạo ra nhiều năng lượng hơn.


Bây giờ trực tiếp về hiệu quả của chính nó. Giá trị này được tính bằng cách chia công suất điện cho công suất năng lượng mặt trời chiếu vào tấm pin. Đối với pin năng lượng mặt trời hiện đại, giá trị này nằm trong khoảng 12-25% (trong thực tế, không cao hơn 15%). Về mặt lý thuyết, có thể tăng hiệu suất lên 80-85%. Sự khác biệt này tồn tại do vật liệu được sử dụng để làm tấm. Nó dựa trên silicon, không hấp thụ tia cực tím mà chỉ hấp thụ phổ hồng ngoại. Hóa ra năng lượng của bức xạ cực tím bị lãng phí.

Một trong những hướng để tăng hiệu quả là tạo ra các tấm nhiều lớp. Cấu trúc như vậy bao gồm một tập hợp các vật liệu được sắp xếp theo lớp. Việc lựa chọn vật liệu được thực hiện sao cho thu được lượng tử có năng lượng khác nhau. Một lớp với một loại vật liệu sẽ hấp thụ một loại năng lượng, với lớp thứ hai – loại khác, v.v. Kết quả là có thể tạo ra pin mặt trời với hiệu suất cao. Về mặt lý thuyết, các tấm nhiều lớp như vậy có thể mang lại hiệu suất lên tới 87%. Nhưng đây là trên lý thuyết, còn trên thực tế, việc sản xuất những mô-đun như vậy có vấn đề. Ngoài ra, chúng hóa ra rất đắt tiền.

Hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời cũng bị ảnh hưởng bởi loại silicon được sử dụng trong pin mặt trời. Tùy thuộc vào việc sản xuất nguyên tử silicon, chúng có thể được chia thành 3 loại:

  • Đơn tinh thể;
  • Đa tinh thể;
  • Tấm silicon vô định hình.

Tế bào quang điện làm bằng silicon đơn tinh thể có hiệu suất 10-15%. Chúng là hiệu quả nhất và có chi phí cao hơn những loại khác. Các mô hình silicon đa tinh thể có watt điện rẻ nhất. Phần lớn phụ thuộc vào độ tinh khiết của vật liệu và trong một số trường hợp, các nguyên tố đa tinh thể có thể hiệu quả hơn các tinh thể đơn lẻ.



Ngoài ra còn có các tế bào quang điện làm bằng silicon vô định hình, trên cơ sở đó các tấm linh hoạt màng mỏng được chế tạo. Sản xuất của họ đơn giản hơn và giá thấp hơn. Nhưng hiệu quả thấp hơn nhiều và lên tới 5-6%. Các nguyên tố silicon vô định hình mất đi đặc tính của chúng theo thời gian. Để tăng năng suất, các hạt selen, đồng, gali và indi được thêm vào.

Điều gì quyết định hiệu quả của các tấm pin mặt trời?

Hiệu quả của các tấm pin mặt trời bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố:

  • Nhiệt độ;
  • Góc tới của ánh sáng mặt trời;
  • Độ sạch bề mặt;
  • Thiếu bóng tối;
  • Thời tiết.

Lý tưởng nhất là góc tới của ánh sáng mặt trời trên bề mặt tế bào quang điện phải thẳng. Tất cả những thứ khác đều bằng nhau, trong trường hợp này sẽ đạt hiệu quả tối đa. Ở một số kiểu máy, hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời được lắp đặt trong các tấm pin mặt trời để tăng hiệu quả. Nó tự động thay đổi góc của các tấm tùy thuộc vào vị trí của mặt trời. Nhưng thú vui này không hề rẻ nên hiếm có.

Trong quá trình hoạt động, tế bào quang điện nóng lên và điều này ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả của chúng. Để tránh tổn thất trong quá trình chuyển đổi năng lượng, nên chừa không gian cho các tấm pin và bề mặt nơi chúng được cố định. Sau đó một luồng không khí sẽ đi qua bên dưới chúng và làm mát chúng.



Các tấm phải được rửa và lau nhiều lần trong năm. Xét cho cùng, hiệu suất của các tấm quang điện phụ thuộc trực tiếp vào ánh sáng tới và do đó phụ thuộc vào độ sạch của bề mặt. Nếu có ô nhiễm trên bề mặt, hiệu quả của các tấm pin mặt trời sẽ giảm.

Điều quan trọng là phải lắp pin đúng cách. Điều này có nghĩa là không có bóng nào rơi vào họ. Nếu không, hiệu quả của toàn bộ hệ thống sẽ giảm đi rất nhiều. Rất nên lắp đặt các tế bào quang điện ở phía nam.

Đối với thời tiết, rất nhiều điều cũng phụ thuộc vào nó. Vùng của bạn càng gần xích đạo thì mật độ bức xạ mặt trời chiếu vào các tấm pin càng lớn. Ở khu vực của chúng tôi vào mùa đông, hiệu quả có thể giảm 2-8 lần. Nguyên nhân là do số ngày nắng giảm và tuyết rơi trên các tấm pin.

Tuổi thọ và khả năng hoàn vốn của tấm pin mặt trời

Không có bộ phận cơ khí chuyển động nào trong hệ mặt trời, điều này làm cho chúng bền và đáng tin cậy. Tuổi thọ của pin như vậy là 25 năm hoặc lâu hơn. Nếu chúng được vận hành và bảo trì đúng cách, chúng có thể tồn tại được 50 năm. Ngoài ra, chúng không có sự cố nghiêm trọng nào và chủ sở hữu chỉ cần định kỳ làm sạch pin mặt trời khỏi bụi bẩn, tuyết, v.v. Điều này là cần thiết để tăng hiệu suất và hiệu suất của hệ mặt trời. Tuổi thọ sử dụng lâu dài thường trở thành yếu tố quyết định khi quyết định có nên mua tấm pin mặt trời hay không. Rốt cuộc, sau khi hết thời gian hoàn vốn, điện từ họ sẽ được miễn phí.


Và thời gian hoàn vốn ngắn hơn đáng kể so với thời gian sử dụng. Nhưng nhiều người đã dừng lại vì chi phí ban đầu của pin. Cùng với hiệu quả thấp, nhiều người nghi ngờ về lợi nhuận của việc mua hệ thống năng lượng mặt trời. Do đó, quyết định ở đây phải được đưa ra có tính đến thời tiết và khí hậu ở khu vực của bạn, điều kiện sử dụng, v.v.

Thời gian hoàn vốn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

  • Các loại tế bào quang điện và thiết bị. Khả năng hoàn vốn bị ảnh hưởng bởi cả giá trị hiệu quả và chi phí ban đầu của pin mặt trời;
  • Vùng đất. Cường độ ánh sáng mặt trời trong khu vực của bạn càng cao thì thời gian hoàn vốn càng ngắn;
  • Giá thiết bị và lắp đặt;
  • Giá điện ở khu vực của bạn.

Thời gian hoàn vốn trung bình theo khu vực là:

  • Nam Âu ─ lên tới 2 năm;
  • Trung Âu – lên tới 3,5 năm;
  • Nga ─ ở hầu hết các khu vực lên tới 5 năm.


Hiệu suất của bộ thu năng lượng mặt trời để thu nhiệt và pin để tiếp nhận năng lượng điện không ngừng tăng lên. Đúng, không nhanh như chúng ta mong muốn. Các chuyên gia trong ngành đang nỗ lực để tăng hiệu quả và giảm chi phí của tế bào quang điện. Kết quả là, tất cả điều này sẽ dẫn đến việc giảm thời gian hoàn vốn và sử dụng rộng rãi các tấm pin mặt trời.