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ソーラーパネルのしくみ

公開日：2020年11月19日

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太陽電池の設計とその動作原理は、それがどのような材料とどの技術でできているかによって異なります。したがって、主なオプションの機能を理解して、それらの違いを理解し、使用する適切なソリューションを選択する必要があります。すべてのデータは高品質の製品に関連しています。安価なバッテリーは、技術に違反して製造されることが多いため、宣言されたパラメーターを満たさない場合があります。

標準的なリジッドソーラーアレイ設計。

用語

この分野で使用される主な用語：

太陽エネルギーは、パネルを使用するときに太陽から得られる電気です。
日射量-光線に垂直に配置された表面の平方メートルにどれだけの日光が当たるかを示します。
太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに変換できるモジュールです。通常、1〜2ワットのエネルギーを生成しますが、より生産的なオプションもあります。
太陽光発電システムは、太陽光を電気に変換する一連の機器です。
ソーラーパネルまたはパネルは、大きなモジュールにグループ化され、直列または直並列の方法で接続された太陽電池のグループです。通常、1つのバッテリーには36から40のセグメントが含まれます。
アレイは、必要な量の電流を供給するために接続された一連のソーラーパネルです。
フレームモジュール-アルミニウムフレームの構造で、耐久性があり、密閉されています。
フレームレス要素は柔軟なオプションであり、負荷が低い状況で使用されます。
キロワット時（kW）は、電力の標準的な測定値です。
効率（効率）-ソーラーパネル。表面に当たる太陽エネルギーがどれだけ電気に変換されるかを示します。通常、指標は15〜24％です。
劣化とは、自然の原因で発生するソーラーパネルの容量の減少です。元の指標のパーセンテージとして測定されます。
ピーク負荷は、最大量の電力が必要な時間です。
結晶シリコンは、ソーラーパネルの製造原料です。今日の最も一般的で耐久性のあるオプション。
アモルファスシリコンは、蒸着によって表面に堆積し、保護組成物で覆われた組成物です。
半導体は、特定の条件下で電流を流すことができる物質です。これには、ソーラーパネルの製造に使用されるほとんどの新素材が含まれます。
インバーターは、直流を交流に変換する装置です。
コントローラー-ソーラーモジュールからの出力電圧を調整して、バッテリーを適切に充電します。

ロシアの領土の日射量の地図。

これらは最も一般的な用語であり、追加のオプションがあります。しかし、基本を知っていても、トピックをよりよく理解するのに役立ちます。

品質カテゴリ

ソーラーパネルの品質を評価するには、まず、太陽電池の製造に使用される原材料のクラスを見つける必要があります。完成品の効率と耐用年数はこれに依存します。 4つの主要なクラス：

甲種 -損傷やひび割れがない最良のオプション。充填の均一性と表面の滑らかさにより、高性能が保証されます。これは、多くの場合、ドキュメントに記載されているよりもさらに高くなります。さらに、このオプションは劣化率が最も低く、長期間にわたって良好なパフォーマンスを維持します。
グレードB 品質がやや劣りますが、表面に欠陥がある場合があります。しかし同時に、ほとんどの場合、この使用により、クラスAに匹敵する効率の製品を得ることができます。劣化インジケーターは桁違いに悪いため、元の特性をより早く失います。
グレードC -ひび割れから欠け、その他の損傷まで、非常に深刻な欠陥が発生する可能性のあるオプション。価格で、そのようなモジュールははるかに安いですが、それらの効率は15％を超えません。小さな負荷に適した安価なソリューション。
グレードD -本質的に、これは太陽電池の製造後に残る廃棄物であり、電池の製造には使用しないでください。しかし、特にアジアの多くのあまり正直でないメーカーは、それらを生産に使用しています。このオプションのパフォーマンスは非常に低いです。

最初のオプションを選択することをお勧めします。極端な場合は、2番目のオプションも適しています。それらだけが通常の効率を提供でき、長期間使用できます。

ソーラーパネルの保護フィルムも高品質でなければなりません。

EVAラミネート素材は、前面に配置され、反対側で使用できる特殊なフィルムです。主な目的は、日光を遮ることなく、作業要素を悪影響から保護することです。高品質のオプションは約25年間、低品質のオプションは5から10まで続きます。目で品種を判断することは不可能であるため、価格から進める方が簡単です。優れたオプションの場合、それは低くはなりません。

ビデオでは、例として、彼らは太陽光の影響下で電流がどのように発生するかを明確に理解しています。

動作原理

太陽電池の特徴を説明するのはかなり難しいですが、一般的なポイントは理解できます。

太陽光がフォトセルに当たると、そこで非平衡電子正孔対の形成が始まります。
電子が過剰になると、電子は半導体の下層に移動し始めます。
外部回路に電圧が印加されます。 p層の接点に正極が現れ、n層の接点に負極が現れます。
バッテリーがフォトセルに接続されている場合、悪循環が得られ、絶えず移動する電子がバッテリーを徐々に充電します。
従来のシリコンモジュールは、特定のスペクトルの太陽光からのみ電力を生成できる単一の接合セルです。このため、設備の効率が低くなっています。
この問題を解決するために、メーカーはカスケードオプションを開発しました。これにより、太陽スペクトルのさまざまな光線からエネルギーを得ることができます。これにより効率は向上しますが、製造コストが高いため、このようなパネルの価格ははるかに高くなります。
電気に変換されないエネルギーが熱に変わるため、太陽電池パネルは動作中に55度まで、半導体電池は180度まで熱くなります。さらに、電池が熱くなると、電池の効率が低下します。

太陽電池の最も単純なスキーム。

ところで！ 太陽電池パネルは、十分な光があり、低温で表面が冷える晴れた冬の日に最も効率的です。

彼らは何でできていますか

太陽電池の装置を研究するには、主な品種を理解する必要があります。これは、使用する原材料によって製造技術が大きく異なるためです。

バッテリーCdTe。テルル化カドミウムは、フィルムモジュールの製造に使用されます。数百マイクロメートルの層は、11％またはそれより少し高いオーダーの効率を得るのに十分です。これは率直に言って低い数字ですが、1ワットの電力に関しては、電気のコストは従来のシリコンオプションよりも少なくとも30％安くなっています。この品種ははるかに薄くて軽いという事実にもかかわらず。
CIGSタイプ。略語は、組成物が銅、インジウム、ガリウムおよびセレンを含むことを意味する。半導体も小さな層に適用されますが、最初のオプションとは異なり、ここでの効率は1桁高く、15％になります。
GaAsおよびInPタイプ 効率が約20％になる一方で、5〜6ミクロンの薄層を適用する可能性を区別します。これは、太陽光から電気を抽出する技術の新しい言葉です。動作温度が高いため、パフォーマンスを損なうことなくバッテリーが非常に高温になる可能性があります。しかし、生産には希土類材料が使用されているため、このタイプのコストは高くなります。
量子ドット電池（QDSC）。彼らは、従来のバルク材料の代わりに、太陽エネルギーを変換するための吸収材料として量子ドットを使用しています。バンドギャップチューニングの特徴により、太陽エネルギーをより効率的に吸収する多接合モジュールを作ることが可能です。
アモルファスシリコン 蒸発によって適用され、不均一な構造を持っています。効率は良くありませんが、均一な表面で散乱光もよく吸収します。
多結晶 変形は、シリコンを溶かし、特定の条件下で冷却して一方向の結晶を生成することによって作られます。低コストの生産と優れた効率指標による最も一般的なソリューションの1つ。
単結晶 元素は、薄いプレートにカットされ、リンがドープされた固体結晶で構成されています。劣化率が低く、耐用年数が30年以上、ほとんどの場合10〜15年長い、最も耐久性のあるソリューション。

テルル化カドミウムで作られたバッテリーは、電気のキロワットあたりのコストの点で最も収益性の高いものの1つです。

ところで！ いずれかのオプションの有効性は生産技術に依存するため、明確にする必要があります。

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ソーラーパネルの長所と短所

各タイプには独自の特性があり、どのタイプが最適かを判断するために選択する際に考慮する必要があります。

単結晶パネルは最も効率が高く、これによりモジュールを配置するための領域が節約されます。それらは少なくとも25年間続き、ゆっくりと力を失います。同時に、表面は汚れに非常に敏感であるため、頻繁に洗う必要があります。そして、価格はすべてのシリコンベースのオプションの中で最も高いです。
多結晶オプションは、太陽光線を効率的に吸収しませんが、拡散光でより効果的に機能します。価格と品質の比率では、収益性は高くなりますが、効率が低下するため、より多くのスペースを占有します。
アモルファスシリコン電池は、散乱光をよく吸収するため、建物の壁などどこにでも設置できます。効率が低く、価格も安いので、エコノミーオプションとして利用できます。同時に、それらは長い間役立ち、表面の汚染をそれほど恐れません。
レアアースのオプションには同様の長所と短所があるため、一緒に検討することができます。効率の面では、従来のパネルよりも優れており、フィルムに貼り付けることができるので便利です。温度範囲が広いため、加熱による作業効率への影響はありません。しかし、金属の価格と希少性が高いため、そのようなオプションは広く使用されていません。

壁に取り付けられたオプションは、インストール作業を簡素化します。

それらはどこで使用されますか

考えられるすべてのオプションは、太陽から電力を受け取り、エネルギー資源を節約するために、あるいは完全な自律性を達成するために、民間部門に設置することができます。使用に関しては、いくつかの簡単な推奨事項を検討する必要があります。

単結晶および多結晶のオプションは、以前に希望の角度でフレームを構築した状態で、屋根または地面に配置するのが最適です。太陽に順応できるように、傾斜角を調整することが望ましいです。
フィルムモジュールは、壁と壁の両方のどこにでも配置できます屋上。光線が表面に直角に当たっていなくてもうまく機能します。これは非常に重要です。
工業規模では、フィルム電池も安価で設置が簡単なため好まれています。

フィルムオプションは、大量の作業を行うと簡単にインストールできます。

太陽電池にはいくつかの種類がありますが、市場の約90％は、低価格と優れた性能により、従来のシリコンモデルで占められています。半導体ソリューションの1つを選択できますが、その場合は1.5倍から2倍の費用がかかります。