Po tehtnem premisleku ste se odločili, da boste namestili sončno elektrarno. Super odločitev, s katero boste dolgoročno prihranili ogromno denarja, pa še za okolje boste poskrbeli. Sedaj pa pride težji del – ker najbrž niste strokovnjak za solarne panele (plošče) in ker ste se do sedaj morali zanašati zgolj na določene informacije, ki mogoče niso niti kredibilne, smo se odločili, da vam vsaj do neke mere pomagamo. Na trgu je namreč ogromno ponudnikov solarnih plošč, konec koncev tudi so tudi pri Sonet Solar na voljo najboljši solarni paneli različnih blagovnih znamk.

Katere solarne panele izbrati, zakaj je pomemben izkoristek (tudi učinkovitost) solarnih kolektorjev, kako je potekal razvoj panelov, kaj vse vpliva na optimalno delovanje in najboljše blagovne znamke danes na trgu – vse to v nadaljevanju.

Zakaj je izkoristek vaših sončnih plošč tako pomemben?

Učinkovitejši kot so paneli, manj jih potrebujete, da boste pokrili potrebe po energiji za vaš dom oz. objekt. To pogosto pomeni višje začetne stroške, vendar večje prihranke energije dolgoročno.

Če je vaša streha manjše površine bo še bolj pomembno, da imate visoko učinkovite solarne panele, sicer mogoče ne boste mogli generirati dovolj energije.

Kaj pomeni izkoristek solarnega panela?

Izkoristek sončnega panela je poenostavljeno odstotek, ki je rezultat razmerja moči sončne energije, ki jo je panel pretvoril v električno energijo.

Recimo, na primer, da sonce sije na vaš solarni panel z močjo 1 kilovata ali 1.000 vatov. Če sončni panel pretvori to sončno energijo v 200 vatov električne energije, ki jo lahko uporabite za napajanje vašega doma, je izkoristek tega panela 20 %.

Ravno ta izkoristek je običajen način za primerjavo zmogljivosti sončnih panelov.

Proizvajalci solarnih panelov določajo izkoristek (E – efficiency) s primerjavo maksimalne izhodne moči njihovih panelov (Pou) z vhodno močjo energije sonca (Pin) pri standardnih testnih pogojih (STC).

Standardnih testni pogoji (STC) (1) solarne industrije so:

• Temperatura sončne celice (ne temperatura zraka okoli njega) je 25 ℃
• Sončno obsevanje – ali vhodna moč – se domneva, da je 1000 W/m2.
• Gostota zraka (to je gostota atmosfere okoli sončne celice) je 1.5, zapisana kot AM1.5.
• Brez vetra.
• Razmerje med močjo, pomnoženo s 100, daje odstotek, ki se imenuje učinkovitost, enačba pa je E = (Pou/Pin) x 100

Konkretni primer:

Vaš solarni panel z močjo 300W meri 1 m2. Torej je vhodna moč (Pin) energija sonca, ki se pomnoži s površino plošče: 1.000 W/m2 x 1 m2 = 1000 W. Izkoristek je torej:

E = (300 W/1000 W) x 100 = 0,3 x 100 = 30 %

Kako učinkoviti so lahko dejansko sončni paneli?

V popolnem svetu bi bile sanje vsake proizvajalca in lastnika panelov, da bi dosegli 100-odstotno učinkovitost vsake plošče v ob vsakem času.

Na žalost je to znanstveno nemogoče.

Raziskovalci (2) so dokazali, da fizične lastnosti silicija, ki so več ali manj uporabljene v vseh panelih prve generacije, v teoriji dovoljujejo največji odstotek učinkovitosti približno 33 %.

Čeprav se zdi malo, je dejansko visok odstotek v primerjavi z drugimi materiali.

Kaj se zgodi s preostalo sončno energijo, ki se ne pretvori v uporabno elektriko?

Večina dohodne sončne energije, ki potuje v obliki fotonov, se izgubi kot toplota ali se odbije od panelov, ne da bi se absorbirala.

Znanstveniki nenehno raziskujejo, kako bi zmanjšali te izgube in hkrati povečali učinkovitost silicija kot materiala, ki absorbira fotone. Prav tako odkrivajo druge fotovoltaične materiale, ki bi omogočali izkoristek nad 33 %.

Učinkovitost sončnih plošč v 70-ih

Leta 1979 je nekdanji predsednik ZDA Jimmy Carter na streho Bele hiše namestil 32 solarnih panelov., To so bili pravzaprav toplotni sončni paneli, ki so bili namenjeni ogrevanju vode, npr. za bazen.

V tem času je bil izkoristek v fotovoltaičnih sončnih celicah približno 14 %.

Učinkovitost sončnih plošč leta 2021

Danes, leta 2021, je najvišji izkoristek 22.8 %.

Kateri dejavniki vplivajo na izkoristek sončne plošče?

V praksi sončni paneli ne dosežejo takega izkoristka, kot ga proizvajalci izračunajo pri standardnih pogojih (STC). Razlogi, zaradi kateri je izkoristek v večini primerov nižji:

Različni fotovoltaični materiali Glavni dejavnik izkoristka je material, iz katerega so izdelane sončne celice.

Višja temperatura Za vsako stopinjo nad 25 ℃ se izgubi do 0,5 % izkoristka.

Odbijanje Približno 30 % sončne svetlobe niti ne pride do sončnih celic.

Sence Drevesa ali zgradbe, ki mečejo sence na vašo streho, onemogočijo preboj svetlobe.

Nepravilna orientiranost Najučinkovitejša je streha s solarno elektrarno, ki je obrnjena proti jugu.

Neustrezen nagib Če nagib ni pravi (preveč ležeč ali previsok), lahko onemogoči stik sončnih žarkov s paneli.

Debelina kablov Padec napetosti zaradi debelih in dolgih kablov med panelom in pretvornikom.

Učinkovitost pretvornika Pri pretvorbi električne energije iz enosmernega na izmenični tok se učinkovitost zmanjša.

Umazanija ali prah na površini Cvetni prah, ostanki listov, insektov in drugih neželenih predmetov na vaši solarni elektrarni

Katere vrste panelov so najbolj učinkovite?

Najbolj učinkovite sončne celice, ki danes obstajajo le v laboratoriju, dosegajo učinkovitost blizu 50 %. Da bi lahko delovale tudi v praksi bi za razvoj potrebovali še vsaj desetletje, pa še to je vprašanje, če bo možno.

Najbolj učinkoviti paneli, ki jih danes lahko kupimo na tržišču za osebne / poslovne potrebe so, kot smo že zapisali zgoraj, paneli z izkoristkom malo manj kot 23 %. Ti paneli uporabljajo tradicionalno fotovoltaično tehnologijo in polprevodniške materiale z enim PN spojem.

Kaj je polprevodnik v sončni celici?

Za pretvorbo sončne energije v uporabno električno energijo solarne celice izkoriščajo polprevodniške lastnosti silicija. Kot polprevodnik silicij ni niti izolator, kot je steklo, ali prevodnik kot baker, ampak je nekje vmes.

Ker je to poceni in bogat kemični element, je silicij najpogostejši mineral, ki se danes uporablja v fotovoltaiki.

Vrste solarnih panelov

Danes imamo za nakup na voljo kar nekaj vrst različnih solarnih panelov, generalno pa jih ločimo na dve generaciji solarne tehnologije. Zelo se razlikujejo v učinkovitosti in stroških.

Solarni paneli prve generacije (od leta 1950 dalje)

Skoraj vsi solarni paneli prve generacije so izdelani iz monokristalnih ali polikristalnih sončnih celic iz silicija. Obe vrsti plošč sta sestavljeni iz vrst solarnih celic, povezanih med sabo, vsaka je zmožna proizvajati približno 0,5 volta.

36-celični panel npr., v katerem so vse celice med sabo povezane, je zmožen proizvesti 18 voltov.

Pri namestitvi solarne elektrarne na vaše streho imate več možnosti povezav med vašimi paneli – odvisno od tega, ali vam je bolj pomembna amperaža ali voltaža.

Večina panelov za osebno rabo ima 60 ali 72 celic na panel.

Danes so plošče prve generacije običajno prekrite s steklom in nameščene v aluminijastih okvirjih. Na obeh straneh sončnih celic v plošči je običajno tanka plast folije. Ta folija ščiti celice in vezje pred poškodbami in vremenskimi vplivi.

Monokristalni paneli

Monokristalne plošče so izdelane iz enega kristala čistega silicija, proizvedenega pod zelo visokimi temperaturami dlje časa. Najprej se oblikujejo v palice, nato narežejo na plasti. Celoten proces je zelo drag in zahteva veliko porabo energije.

Monokristalne plošče so bolj učinkovite kot polikristalne. Sploh pri višjih temperaturah ne izgubljajo učinkovitosti tako hitro kot polikristalne. Zaradi svoje vrhunske kakovosti so monokristalne plošče dražje od polikristalnih.

Polikristalni paneli

Ker so izdelani iz mnogih majhnih delčkov silicija, ki so naključno postavljeni in staljeni skupaj, so polikristalni paneli nepravilno razporejeni.

Polikristalne plošče za proizvodnjo zahtevajo manj energije. Višja koncentracija nečistoč in slabša kakovost materiala zmanjšuje njihovo učinkovitost.

Solarni paneli druge generacije (od leta 1970 dalje)

V primerjavi s standardnimi sončnimi paneli z debelimi (350 mikronov) silicijevimi plastmi, tankoplastne solarne plošče (TFSP – thin-film solar panels) vsebujejo več plasti različnih vrst fotovoltaičnih materialov, debeline približno 1 mikron (za primerjavo, človeški las ima približno 75 mikronov debeline).

Plasti se lahko namestijo na steklo, plastiko ali kovino. Materiali, iz katerih izdelujejo tankoplastne sončne panele so npr.:

• amorfni tankoslojni silicij
• bakrov indij-galijev diselenid
• kadmijev telurid
• galijev arzenid

Vse tankoslojne plošče so lahke in prilagodljive, zato so idealne za velike komercialne ali uporabne namene. Vendar pa je njihov izkoristek precej slabši, samo od 6 do 10 % (čeprav je CIGS (3) v laboratoriju dosegla 22,6-odstotno učinkovitost).

A ker stopnjo izkoristka ohranjajo ne glede na višino temperature, so bol primerne za izjemno vroča območja kot običajne plošče.

Še ena slabost tankoslojnih solarnih panelov je, da nimajo tako dolge življenjske dobe kot standardne plošče, trajajo od 14 do 17 let.

Na splošno so cenejše za proizvodnjo od sončnih plošč prve generacije. Vendar pa so nekatere kovine, ki jih tankoslojne plošče vsebujejo, npr. kadmij zelo strupene.

Napredne tehnologije sončnih celic za povečanje izkoristka

Nekaj večjih fotovoltaičnih tehnoloških napredkov pri doseganju večje učinkovitosti pretvorbe obsevalne energije v uporabno elektriko, ki se lahko uporabljajo skupaj ali ločeno:

1. Pasivna zadnja celica oddajnika (PERC – Passivated emitter rear cell)

Kot tehnologija tankoplastnih plošč, ki je bila razvita v 80-ih, je PERC dodatna tehnologija, ki želi izboljšati učinkovitost sončnih celic prve generacije.

Na hrbtno stran kristalne silicijeve celice se naneseta dve plasti. Ti Izboljšata gibanje elektronov v celici. Odbijeta tudi svetlobo, ki je prvič prešla skozi celico na površino, tako da jo je mogoče pretvoriti v uporabno električno energijo.

PERC zagotavlja 1-odstotno povečanje učinkovitosti, so pa PERC sončne celice zaradi svetlobe in visoke temperature dovzetne za razgradnjo, kar sčasoma znižuje učinkovitost.

Ena od študij (4) je celo pokazala, da se zaradi PERC tehnologije v 2 do 3 letih lahko izgubi kar do 20 % učinkovitosti panela.

Upajmo, da bo nadaljnji razvoj odpravil ta problem. Če nameravate kupiti panele s PERC tehnologijo preverite, če obstaja garancija izgubo električne energije. Izberite 83 +% / 25 let garancijo ali višjo. To pomeni, da po 25 letih vaša sončna elektrarna proizvaja 83 +% originalne izhodne moči).

2. Heterospojna tehnologija (HJT- Heterojunction technology)

V svojem prizadevanju za povečanje učinkovitosti in izhodne moči fotovoltaičnih celic, je Sanyo (kasneje Panasonic) v 80ih razvil heterospojno tehnologijo. Ko je njegov patent leta 2010 potekel, je veliko solarnih podjetij izvedlo raziskave HJT za izboljšanje učinkovitosti plošče.

Veliko najbolj učinkovitih panelov na današnjem trgu, npr. Alpha Series, uporablja to tehnologijo.

V okviru te tehnologije se na obe strani monokristalne ali polikristalne plošče dodata amorfni tanki plasti. Ti dodatni plasti lahko zajameta sončno energijo, ki je silicijeva plast absorbirala. Na tak način lahko v uporabno elektriko pretvorimo več sončne energije.

Kot smo že omenili so tankoslojne plošče cenejše za proizvodnjo kot sončne celice prve generacije. A ker kot samostojne niso učinkovite, odlično delujejo v okviru tehnologije HJT (kombinacija s tradicionalnimi paneli) in tako lahko povečajo izkoristek do 21 % ali več.

HJT ne potrebuje toliko proizvodnih korakov kot druge tehnologije, ki se uporabljajo za povečanje učinkovitosti, zato je cenejša od ostalih, vključno s PERC.

3. Polcelična tehnologija

Ali veste, da če je 20-30 % površine v senci, to lahko zniža električno moč enega samega modula za do 40 %? Na ta način izgubite kar precej denarja, ki bi ga sicer lahko privarčevali.

Padanje senc na plošče je na splošno velik problem na področju solarne energije. Reševanje te težave zahteva nekaj podobnega mikro pretvorniku. Obvodne diode sicer pomagajo pri zmanjševanju učinkovitosti ali izgube električne energije zaradi senc na eni celici, vendar dodatna zaščita nič ne škoduje.

Na tem mestu prav pride takoimenovana polcelična tehnologija, ki temelji na načelu, da več fotovoltaičnih celic pomeni manjši upor na pretok elektronov v vezju. Tako bo imel tipičen 60-celični modul 120 polcelic s polovico upora.

To je enakovredno manjšemu uporu električnega toka, ki se premika v vaši mreži, kar pomeni nekoliko večji izkoristek.

Ta tehnologija lahko poveča celoten izkoristek panela do 2-3 %.

Nove solarne tehnologije

Povečanje učinkovitosti pretvorbe energije je glavni cilj proizvajalcev fotovoltaičnih plošč. Trenutno razvijajo veliko novih tehnik, najbolj zanimive so tiste s področja sončne energije. Nekateri najbolj obetavne vključujejo:

• Dvofazni solarni paneli
• Fotovoltaika, integrirana v objekte (BIPV – Building-integrated photovoltaics)
• Koncentrirana fotovoltaična celica (CPV – Concentration photovoltaic cell)
• Večspojne sončne celice
• Perovskitske sončne celice

Nasveti za boljši izkoristek vaših sončnih panelov

Končne določene in izmerjene stopnje izkoristka vašega solarnega panela seveda ne boste mogli spreminjati. Vendar pa obstajajo nekatere stvari, ki jih lahko naredite, da bi povečali verjetnost, da vam bodo vaše plošče zagotovile ta najvišji izkoristek.

Povečajte oz. izboljšajte učinkovitost vaših sončnih plošč na naslednje načine:

Če je le možno, izberite monokristalne plošče, ki najučinkovitejše in najbolj kakovostne danes na tržišču.

Postavite sončno elektrarno tako, da bo obrnjena proti jugu (velja seveda za severno poloblo).

Panele postavite tako, da imajo maksimalen nagib, ki bo optimalno ujel sončne žarke.

Uporabite antirefleksni premaz za zmanjšanje izgube energije zaradi odseva iz plošče.

Uporabite mikro pretvornike, da preprečite zmanjšano učinkovitost zaradi senc.

Izberite plošče z najmanjšim temperaturnim koeficientom, ki ga lahko najdete.

Odstranite vsa drevesa, ki blokirajo izpostavljenost sončnim žarkom.

Če je možno, izberite tanke in ne predolge kable.

Izberite pretvornik, ki ima minimalno izgubo učinkovitosti.

Redno čistite solarne panele, da se na njih ne bo nahajal prah ali ostala umazanija.

Sklep

Eden od glavnih kriterije potencialnih kupcev pri odločanju o nakupu sončne elektrarne naj bo vsekakor izkoristek oz. učinkovitost sončnih panelov.

Ker cena panelov še naprej pada, padajo tudi cene monokristalnih in polikristalnih plošč. Tako hitro postajajo vse bolj konkurenčni in dostopni za širše množice.

Nekateri vlagajo v učinkovitejše in bolj zdržljive monokristalne plošče, vendar pa lahko tudi s cenejšimi, polikristalnimi paneli lahko dosežete lepe izkoristke. Ti sicer trajajo lahko tudi desetletje manj kot monokristalne različice, vendar še vedno zanesljiv pretvarjajo sončno energijo v uporabno elektriko.

Tankoplastni paneli so sicer na voljo, vendar je njihova učinkovitost zelo nizka. Poleg tega bi potrebovali kar precej več plošč, da bi zadostili vašim potrebam po električni energiji.

Razvoj na področju solarne tehnologije se odvija precej hitro. Vsi raziskovalci stremijo k povečanju učinkovitosti, nižjim stroškom in h okolju prijaznem in trajnostnem viru energije.

Spremljate novosti, spremljate Sonet Solar, ki ravno tako dobavlja in zagotavlja najnovejše na tržišču.

• VIR (1) Wiki Open mod
• VIR (2) Journal of Applied Physics
• VIR (3) Science Direct
• VIR (4) PV Tech
• VIR (5) Redarc
• VIR (6) Fixenkost Management
• VIR (7) Energy Matters
• VIR (8) Phys Org