Účinnost solárních článků

Efektivita fungování celého fotovoltaického systému v podstatě závisí na tom, jak je Účinnost solárních článkůna Kabeláž a výkonnost měnič z. Všechny hodnoty jsou shrnuty v tzv. Poměr výkonu.

Jedná se o klíčový údaj používaný ve fotovoltaickém průmyslu k hodnocení účinnosti solárního systému. Je to poměr mezi skutečně vyrobená energie závodu a teoreticky možná energiekteré lze vytvořit za optimálních podmínek. Tento cílový výtěžek se vypočítá z ozářené energie na povrchu modulu a z hodnoty jmenovitá účinnost modulu.

Průměrný roční poměr výkonnosti by tedy činil 100 %pokud je fotovoltaický systém pod Standardní zkušební podmínky s Optimalizovaná kabeláž a s Měnič beze ztrát množství energie, které by teoreticky mohl vyrobit součet všech solárních článků. Ztráty energie přes kabely a střídače se v současnosti pohybují kolem 5 %. To klade důraz na současnou účinnost solárních článků. Zde se v posledních letech událo mnoho. Prostřednictvím Efektivnější technologie se výrazně zvýšil poměr výkonu fotovoltaických systémů. Zatímco v 80. letech minulého století činil 50 nebo 60 %, dnes je v průměru při 80 nebo dokonce 85 %.  

Jak fungují solární články?

Solární článek přeměňuje světelnou energii na elektrickou a je obvykle vyroben z polovodičového materiálu křemíku. Když Fotony dopadají na solární článek, uvolňují elektrony, a tím vyrábějí elektřinu. Solární články se skládají z několik vrstevkteré jsou uspořádány tak, aby zachycovaly a účinně využívaly dopadající světlo. Tyto vrstvy se obvykle nazývají n- a p-vrstvy je označen. Vrstva n je Polovodičový materiálkterá obsahuje přebytečné elektrony, zatímco vrstva p Elektronové díry obsahuje. Běžné solární články pohlcují sluneční světlo až do výše Vlnová délka 1200 nanometrů a předávají energii elektronům, které pak proudí z n-vrstvy do p-vrstvy.

Komerční typy solárních článků a účinnosti

Pro komerční fotovoltaické systémy se dnes obvykle používají tyto prvky monokrystalické křemíkové články které se používají v sériové výrobě Účinnost 25 % lze dosáhnout. V laboratorních podmínkách v roce 2022 již výzkumná centra dosáhla téměř 33 % u tandemových solárních článků a dokonce více než 45 % u solárních článků se čtyřnásobným přechodem. To je možné díky použití dalších vrstev, které jsou citlivé ve spektrálním rozsahu 300-1780 nanometrů. Díky této nové technologii byla poprvé překročena hodnota 33 %, která byla po mnoho let uznávána jako horní hranice.

Polykrystalické křemíkové články jsou příznivější v průmyslové výrobě a dnes mají Účinnost až 20 %. Skládají se z několika různě orientovaných krystalitů, mají nepravidelnou namodralou strukturu a jsou obecně o něco menší než monokrystalické solární články. Polykrystalické křemíkové články vyrábějí elektřinu i při slabším slunečním svitu, a proto jsou vhodné i pro místa s poněkud horšími světelnými podmínkami.

Amorfní křemíkové články nebo tenkovrstvé moduly se skládají z tenké vrstvy amorfního křemíku (a-Si) jako aktivního polovodičového materiálu a dnes mají hodnotu Účinnost mezi 10 a 13 %. Na rozdíl od krystalického křemíku, který se skládá z pravidelně uspořádaných atomů, je amorfní křemík neuspořádaný a má vyšší hustotu defektů. To znamená, že je méně účinný při přenosu elektronů polovodičem. Jejich výhodou je, že jsou tenčí a lehčí než krystalické křemíkové solární články a že jsou pružnější. To znamená, že je lze použít v ohebných solárních modulech, které se mohou ohýbat a přizpůsobovat neobvyklým tvarům.

Vlivy, které snižují účinnost solárních článků

Za prvé, Degradace což ovlivňuje účinnost solárních článků. U moderních krystalických solárních modulů je po zhruba 20 letech stanovena degradace 10 %, což znamená, že mají zaručenou zbývající účinnost 90 %. Naproti tomu tenkovrstvé moduly mohou za stejnou dobu ztratit v důsledku degradace až 30 % svého výkonu.

Dalším klíčovým faktorem účinnosti je Teplota. Obecně platí, že čím je chladněji, tím lepší je výnos. Solární moduly se snadno zahřívají i v chladných německých zimních dnech, kdy svítí slunce, a dosahují teplot 20° a více. I přes nízkou polohu slunce jsou pak často účinnější než srovnatelný systém v blízkosti rovníku. Například účinnost monokrystalických solárních článků klesá o 0,4 % na každý stupeň Celsia. V horkých letních dnech, kdy se panel může rychle zahřát na 70 °C, lze zaznamenat ztráty až 20 %.

Je logické, že Zarovnání solárních článků má také zásadní vliv na účinnost. Solární moduly však lze obvykle dokonale přizpůsobit slunečnímu záření u střešních fotovoltaických systémů jejich vyvýšením a u solárních parků nebo solárních přístřešků optimalizací jejich instalace. Tento takzvaný výpočet azimutu se provádí v přípravě na plánování fotovoltaického systému, při kterém se také určuje celkový výnos elektřiny. Zohledňují se také možné faktory zastínění.

Vliv Znečištění na účinnost solárních článků. Při úhlu sklonu 30-35°, který je v Německu obvyklý, lze očekávat ztráty 2-3 % v závislosti na rušivých vlivech, jako je listí, jehličí, prach, saze nebo ptačí trus. U plošších systémů, které se nečistí deštěm nebo sněhem, může účinnost rychle klesnout pod 90 % jmenovitého výkonu, pokud se solární články nečistí přímo.

Plošná účinnost ve vztahu k účinnosti a typům solárních článků

Velikost fotovoltaického systému by měla vždy vycházet ze spotřeby podniku. Čím více elektřiny se spotřebuje, tím je úspornější. Čím vyšší je spotřeba elektřiny, tím rozumnější je instalovat více solárních modulů. Pro výpočet optimálního počtu se stanoví spotřeba v poměru k dostupné ploše. Jmenovitý výkon fotovoltaického systému v kWp (Kilowattová špička) nebo MWp (megawattová špička). Vezmeme-li za základ účinnost jednotlivých typů solárních článků, dostaneme následující požadavky na plochu:

Monokrystalické křemíkové články na kWp cca 5 m²

Polykrystalické křemíkové články na kWp cca 6 m²

Amorfní křemíkové články na kWp cca 16 m²

Tyto hodnoty jsou však pouze hrubým vodítkem, protože na každý projekt fotovoltaiky se vztahují jiné požadavky. Například společnost CUBE CONCEPTS obvykle instaluje monokrystalické moduly na střešní plochy o rozměrech 100 × 180 cm. Ty mají v současnosti maximální jmenovitý výkon přes 420 W. Výběr modulů však přirozeně závisí na typu plánovaného systému, protože u Fotovoltaika na střešních plochách příslušné Rezervy zatížení střechy aby bylo možné v případě potřeby použít i jiné typy modulů.

Zvýšila se účinnost solárních článků natolik, že má smysl je znovu napájet?

Na tuto otázku neexistuje jednoznačná odpověď a měla by být zodpovězena alespoň pro fotovoltaické systémy, které jsou. starší deseti let se vždy jednou přepočítají. Repowering fotovoltaických systémů mohou být užitečné, pokud se starší solární články nahradí jinými. stárnutí nebo poškození jejich výkonu nebo je třeba provést renovaci střechy. Národní laboratoř pro obnovitelnou energii (NREL) v USA zveřejnila interaktivní studii o účinnosti solárních článků. Grafika která poskytuje přehled vývoje účinnosti různých typů solárních článků od roku 1975 do současnosti. Pokud se poměr účinnosti vašeho fotovoltaického systému pohybuje mezi 70 nebo 75 %, určitě má smysl kontaktovat energetické odborníky ze společnosti CUBE CONCEPTS a uvažovat o výměně fotovoltaických modulů nebo střídačů.