Fotogalvaniskie elementi (PV) — kas ir saules paneļi un kā tie strādā
Uzzini, kas ir fotogalvaniskie elementi (PV) un kā darbojas saules paneļi — to priekšrocības, izmaksu samazināšanos un praktiskus pielietojuma risinājumus mājām un biznesam.
Fotogalvaniskie elementi (PV) ir ierīces vai moduļu kopas, kas satur saules fotoelementus un spēj saules starojumu jeb saules enerģiju pārvērst līdzstrāvas (elektroenerģijā). Tie nodrošina tiešu, bezizmešu elektroenerģijas ražošanu, un, tā kā pieaug pieprasījums pēc atjaunojamiem enerģijas avotiem, fotogalvanisko elementu ražošana un tehnoloģiju attīstība pēdējā desmitgadē ir bijusi strauja, savukārt izmaksas ir būtiski samazinājušās.
Kas ir PV sistēma un tās galvenās daļas
- Saules paneļi (moduļi) — rūpnieciski izgatavoti moduļi, kas satur fotoelementus (parasti no silīcija). Tie pārvērš saules gaismu līdzstrāvā.
- Invertors — ierīce, kas pārveido paneļu ģenerēto līdzstrāvu (DC) par maiņstrāvu (AC), ko izmanto mājsaimniecībās un pieslēdz tīklam.
- Montāžas konstrukcija — profilētas konstrukcijas uz jumta vai zemes, kas nostiprina paneļus, bieži ar iespēju regulēt leņķi optimālai saules gaismai.
- Kabeļi un aizsardzība — drošinātāji, zemējums un pārslodzes aizsardzības ierīces, kas nodrošina sistēmas drošu darbību.
- Enerģijas uzglabāšana (pēc vajadzības) — akumulatori vai citi risinājumi, kas pieļauj enerģijas izmantošanu brīžos, kad saule nespož.
Kā fotogalvaniskie elementi strādā (vienkāršots skaidrojums)
Fotoelementi sastāv no pusvadītāja materiāla (visbiežāk silīcija) ar PN pāreju. Kad fotons no saules gaismas triecas pret pusvadītāja virsmu, tas var izraisīt elektronu pāreju, atbrīvojot brīvus elektronus un radot elektrisko strāvu. Savienojot daudzus šos elementus rindā un paralēli, iegūst pietiekami lielu spriegumu un strāvu praktiskai izmantošanai. Invertors pārveido šo līdzstrāvu par maiņstrāvu, kas der mājas elektroierīcēm vai tīklam.
Uzstādīšanas iespējas un pielietojums
- Uz ēku jumtiem — visizplatītākā prakse rūpniecībā un mājsaimniecībās.
- Uz zemes (saules parki) — liela mēroga saimniecības ziemai vai komerciālām vajadzībām; var tikt kombinētas ar lauksaimniecību (agrivoltaika).
- Integrētas ēku konstrukcijā (BIPV) — paneļi integrēti jumtos, fasādēs vai logu sistēmās.
- Pārvietojamie risinājumi — saules lādētāji, kempingu paneļi, autonomas iekārtas bez pieslēguma tīklam.
Efektivitāte un tehnoloģiju varianti
Fotoelementu efektivitāte nosaka, cik daudz saules enerģijas tiek pārvērsts elektrībā. Populārākie materiāli ir:
- Monokristālisks silīcijs — augsta efektivitāte, labs sniegums sliktos apgaismojuma apstākļos.
- Polikristālisks silīcijs — lētāks, mazliet zemāka efektivitāte nekā monokristālam.
- Plēves tehnoloģijas (CIGS, CdTe u.c.) — elastīgas un vieglas, piemērotas speciāliem pielietojumiem.
Tehnoloģiju attīstība (piemēram, bifaciālie moduļi, perovskītu pētījumi un uzlaboti invertori) palielina ražošanas efektivitāti un samazina izmaksas.
Vēsture un izplatība
Saules fotoelementu ražošana no nelielas bāzes strauji attīstās un 2013. gada beigās sasniedza 130 000 MW kopējo jaudu pasaulē. Kopš tā laika PV jauda ir pieaugusi vēl vairāk — šodien objektu skaits un uzstādītā jauda ir vairākkārt lielāka, un saules enerģija kļuvusi par vienu no nozīmīgākajiem atjaunojamiem enerģijas avotiem pasaulē. Saules paneļus izmanto vairāk nekā 100 valstīs, un iekārtas var izvietot gan uz zemes, gan integrēt ēku jumtos vai sienās.
Priekšrocības un ierobežojumi
- Priekšrocības: zemas ekspluatācijas izmaksas pēc uzstādīšanas, bezizmešu ražošana, modulāra uzstādīšana, piemērota decentralizētai enerģijai.
- Ierobežojumi: atkarība no saules apgaismojuma (dienas un sezonālas izmaiņas), nepieciešami sākotnējie investīciju līdzekļi, akumulatoru izmaksas, ja ir ierobežota jumta platība.
Ko ņemt vērā pirms uzstādīšanas
- Novērtējiet saules pieejamību — atrašanās vieta, jumta virziens un nobrukums no ēkām vai kokiem.
- Izvērtējiet vietējos atbalsta mehānismus — subsīdijas, nodokļu atvieglojumi, pieslēguma noteikumi tīklam.
- Plānojiet sistēmas izmēru atbilstoši enerģijas patēriņam un budžetam; apsveriet akumulatoru pievienošanu, ja nepieciešama enerģijas neatkarība.
- Izvēlieties sertificētus komponentus un profesionālu uzstādītāju, lai nodrošinātu drošu darbību un garantijas.
Nākotnes perspektīvas
Saules PV tehnoloģijas turpinās attīstīties: pieaug moduļu efektivitāte, samazinās izgatavošanas izmaksas, parādās jauni materiāli un risinājumi enerģijas uzglabāšanai. Tas padara fotogalvaniskos elementus par arvien pievilcīgāku izvēli gan mājsaimniecībām, gan lieliem enerģētikas projektiem, palīdzot virzīties uz klimatneitralitāti un tīrākas enerģijas sistēmas izveidi.
Nellis saules spēkstacija Nellis gaisa spēku bāzē ASV. Šie paneļi virzās uz sauli pa vienu asi.
Fotogalvaniskās sistēmas "koks" Štīrijā, Austrijā
Paneļi
Fotogalvaniskie saules paneļi ir dažādu spriegumu. Visbiežāk sastopamie ir 12 voltu, 24 voltu un 48 voltu. Līdzīgi kā baterijas, vairākus saules paneļus var savienot kopā, lai radītu lielāku spriegumu, piemēram, divi 48 voltu paneļi, kas savienoti kopā, radītu 96 voltus. Invertoram, akumulatoriem un saules paneļiem sistēmā parasti ir vienāds spriegums. Augstāka sprieguma sistēmas priekšrocība ir tā, ka tiek izmantoti plānāki vadi, kas ir lētāki un vieglāk izvelkami caur cauruļvadiem. Augstāka sprieguma instalācijas trūkums ir tas, ka lielāks risks ir elektriskās strāvas trieciena un loka eksplozijas risks, tāpēc instalācijas ar spriegumu virs 48 V parasti ir sastopamas tikai saules elektrostacijās vai komerciālās ēkās.
Fotogalvaniskās instalācijās parasti ietilpst saules paneļu masīvs, invertors, uzlādējamas baterijas (izmantošanai naktī), uzlādes kontrolieris (ierīce, kas novērš bateriju pārmērīgu uzlādi), divi GFCI slēdži (viens pirms invertora un otrs aiz invertora) un starpsavienojuma vadi. Dažkārt aiz invertora ir arī transformators, kas var darbināt 240 V lielas ierīces, piemēram, veļas žāvētāju vai cepeškrāsni. Transformators bieži vien ir invertora daļa, un tas nav redzams. Viss, kas atrodas aiz invertora (vai transformatora, ja tāds ir), ir ierīkots kā parastā komunālo pakalpojumu iekārtā (slēdžu panelis, apgaismojums, rozetes, slēdži utt.). Ja transformatora nav, var izmantot tikai 120 voltu ierīces. Instalācijas bez transformatora ir jāmarķē kā tādas uz slēdžu paneļa, lai brīdinātu nākamos elektriķus, ka nevar uzstādīt 240 voltu ierīces. Dažās iekārtās ir līdzstrāvas (DC) apgaismojums un, iespējams, DC ierīces. Tā priekšrocība ir tā, ka līdzstrāvas slodžu gadījumā tiek novērsti zaudējumi invertorā. Šādās iekārtās pirms invertora ir pieslēgts atsevišķs līdzstrāvas slēdžu panelis. Drošības apsvērumu dēļ līdzstrāvas vadus nevar novadīt vienā kanālā ar maiņstrāvas vadiem, un līdzstrāvas kontaktligzdas nedrīkst savienot ar maiņstrāvas kontaktdakšu un otrādi.
Saules baterijas
Saules baterija jeb fotogalvaniskais elements ir ierīce, kas gaismas enerģiju pārvērš elektrībā. Fotogalvaniskie elementi ir vislabāk zināmi kā elektroenerģijas ražošanas metode, izmantojot saules baterijas, kas saules enerģiju pārvērš elektronu plūsmā. Pirmo reizi fotogalvanisko efektu 1839. gadā pamanīja Aleksandrs Edmonds Bekerels. Eric Seale (2003. gada 11. jūlijs). "Fotogalvaniskais efekts". Skatīts 2012. gada 24. maijā. Praktiski visas fotogalvaniskās ierīces ir kāda veida fotodiode.
Saules baterijas var izmantot, lai darbinātu darbarīkus vai uzlādētu akumulatoru. Pirmo reizi fotoelementus faktiski izmantoja, lai darbinātu orbītā lidojošus satelītus un citus kosmosa kuģus, bet šodien lielākā daļa fotoelementu moduļu tiek izmantoti, lai ražotu elektroenerģiju, kas pieslēgta elektrotīklam. Šādā gadījumā ir nepieciešams instruments, ko sauc par invertoru, lai pārveidotu līdzstrāvu maiņstrāvā. Elementiem nepieciešama aizsardzība pret apkārtējās vides iedarbību, un parasti tie ir cieši iepakoti aiz stikla plēves. Ja ir nepieciešams lielāks enerģijas daudzums, nekā var izdalīt viena šūna, šūnas tiek elektriski savienotas kopā, veidojot fotoelementu moduļus jeb saules baterijas. Ar vienu moduli pietiek, lai darbinātu avārijas tālruni, bet mājām vai spēkstacijām moduļi ir jāsakārto daudzkārtīgi, veidojot masīvus.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir fotogalvanika?
A: Fotovoltaika (PV) ir saules fotoelementu masīvi, kas satur saules fotoelementu materiālu, kas saules starojumu vai saules enerģiju pārvērš līdzstrāvas elektrībā.
J: Kā pēdējos gados ir attīstījusies saules bateriju un fotoelementu masīvu ražošana?
A: Tā kā pieaug pieprasījums pēc atjaunojamiem enerģijas avotiem, saules bateriju un fotoelementu masīvu ražošana pēdējos gados ir ievērojami attīstījusies, un to izmaksas ir samazinājušās.
J: Cik liela bija fotogalvanisko elementu jauda pasaulē 2013. gada beigās?
A: 2013. gada beigās saules fotoelementu kopējā globālā jauda bija 130 000 MW.
J: Cik valstīs izmanto saules fotoelektrostacijas?
A: Vairāk nekā 100 valstīs izmanto saules fotoelementus.
J: Kur var uzstādīt fotogalvaniskās iekārtas?
A: Instalācijas var uzstādīt uz zemes (dažkārt tās var integrēt ar lauksaimniecisko darbību un ganībām) vai iebūvēt ēkas jumtā vai sienās.
J: Kāda veida elektroenerģiju ražo fotovolātika?
A: Fotovolātika ražo līdzstrāvas elektrību.
Meklēt