太陽電池パネルの効率と効率に影響を与えるものは何ですか？太陽電池パネルの効率を決定するものと、この指標を増やす方法

常に新しいフロンティアをマスターし、太陽エネルギーは前進しており、効率の価値を新しいレベルに引き上げています。それは秘密ではありません 彼らが提供するパフォーマンスは、確立されたエネルギー源と競合することはできません..。それをすべて非難する業績不振既存のパネル。

さまざまな要因のパフォーマンスへの影響

係数の増加便利なアクション-この方向で働くすべての研究者にとっての頭痛の種。今日、そのようなデバイスの効率は15〜25％の範囲です。割合は非常に低いです。ソーラーパネルは非常に気まぐれな装置であり、その安定した動作は多くの理由に依存します。

2つの方法でパフォーマンスに影響を与える可能性のある主な要因は次のとおりです。

基材ソーラーパネル..。この点で最も弱いのは、最大15％の効率を持つ多結晶太陽電池です。最大20％の生産性を備えたインジウム-ガリウムまたはカドミウム-テルルをベースにしたモジュールは、有望であると見なすことができます。
太陽フラックスレシーバーの向き。理想的には、作業面を備えたソーラーパネルは太陽に直角に面している必要があります。それらは、可能な限りこの位置にある必要があります。太陽の領域でモジュールを正しく配置する期間を長くするために、より高価なアナログには、太陽の動きに応じてバッテリーを回転させる太陽追跡デバイスが武器庫にあります。
設備の過熱。高温は発電に悪影響を与えるため、設置時にはパネルの適切な換気と冷却を確保する必要があります。これは、パネルと設置面の間の換気されたギャップによって実現されます。
オブジェクトが影を落とすと、システム全体の効率が大幅に低下する可能性があります。

すべての要件を満たし、可能であればパネルを希望の位置に設置することで、高効率のソーラーパネルを手に入れることができます。最大ではなく、高いです。事実、計算された、または理論上の効率は、実験室の条件で導き出された値であり、日照時間の長さと曇りの日数の平均パラメーターがあります。

もちろん、実際には、効率のパーセンテージは低くなります。

あなたの家のために太陽電池パネルを選ぶとき、上限よりも下限の性能限界に焦点を合わせる方が良いです。このようにソーラーモジュールと操作に適したすべてのコンポーネントを選択することにより、設置された設備の十分な電力を確保できます。計算でパフォーマンスの下限を選択することにより、電力不足の場合に再保険のために購入される追加のパネルの購入を節約できます。

開発の見通しを奨励する

現在まで、太陽エネルギーの効率の絶対的な記録はアメリカの開発者のものであり、42.8％です。この値は、2010年の以前の記録よりも2％高くなっています。結晶シリコン太陽電池を改良することにより、記録的な量のエネルギーが達成されました。このような研究の独自性は、すべての測定が実験室や温室の部屋ではなく、提案された設備の実際の場所でのみ行われたという事実です。

すべての同じ技術研究所の傍観者として、作業は最後の記録を増やし続けています。開発者の次の目標は、ソーラーモジュールの効率を50％に制限することです。人類は、太陽エネルギーが現在使用されている有害で高価なエネルギー源に完全に取って代わり、水力発電所などの巨人と同等になる瞬間に日々近づいています。

私は悲鳴を上げて泣きます。これがおそらくビデオを開始するために必要だった方法ですが、多くの人々はすぐに間違った方向に考え始めます。はい、太陽電池パネルの効率については多くの資料があります。非常に多くの人が、いくら費用をかけても、30〜50％の効率のソーラーパネルを探しています。何をやめますか？あなたは本当に、今日のパネルの効率はパブリックドメインにあるものでは不十分であると考える人々の一人です。実際、22〜28％では不十分ですか？

本当に効率の悪いものの例が欲しいのですが、ここでは1990年に生産された効率約10％のソーラーパネルについてお話しますが、これは妖精だと自信を持って言えます。わからない人がインターネットに広まっているという話、これは露骨な嘘です。そして、自信を持って言うには、自分のお金で2枚のパネルを購入し、それらを稼働させて、さまざまな接続オプションで約1年間観察する必要がありました。

評決の準備ができていること。

2010年までの以前の生産の古いソーラーパネルの効率は、現代のパネルの効率よりも大幅に低く、ここでも後者を安くすることについてではなく、生産技術について話します。最新の薄いものには、古いパネルよりも効果的で色あせが少ない新しい吸収コーティングが施されているという事実には触れません。いいえ、効率についてのみ説明します。

まず、効率とは何ですか-効率。

そう、簡単な言葉これが現在のソーラーパネルの効率ですが、将来的にはそうではありません。ソーラーパネルが長く機能するほど、効率は低下します。そして、ソーラーパネルを引っ張ってロードすると短絡、スパイラル、またはIRランプ。太陽電池パネルの効率は、単純に数倍速く溶けます。

ですから、そのような情報は実際にはありませんが、特にそのような摩耗や裂け目があるような大まかな情報は、私たちの国で見つけるのに問題があります。そして、私たちは最終的に何を得るのですか？

簡単です。太陽がそこにあるとき、ソーラーパネルはほとんどすべての電力を放出し、動作電圧とアイドル電圧は落ち着きました。はい、電流はわずかに低下しました。約0.5〜1Aです。そして、ほとんどのブロガーの言葉を考慮してこれを終えることができましたが、いいえ、私たちの効率も低下しました。現在、曇りの天気や反射光の中で、ソーラーパネルはより少ない電圧と電流を提供します。これは、パネルの効率または摩耗の低下です。動作しているようですが、悪天候でも動作しないようです。

あなたはすべてを考えますが、それはありませんでした、たとえスニーカーが現在形で私に向かって飛んでも、私はすでにあなたにすべてまたはほとんどすべてを話すことに慣れています、そして将来彼らは集められて、なぜあなたは知らなかったのですか？）ソーラーパネルの摩耗のもう1つの問題をお話しします。

つまり！ちなみに、ソーラーパネルの摩耗や、吸収性や光吸収性のコーティングがひどく損傷して焼けているため、対象外の人はこのコーティングを拡散コーティングなどと呼んでいます。しかし、適切に吸収性と光吸収性を備えたその役割は、シリコンウェーハと要素自体の構造を保護し、太陽光をより効率的に吸収することです。効率のほとんどは、この薄い層に依存します。

それで、それが崩壊して燃え尽きると、太陽電池はより強く熱くなり始め、それらの電力は減少します。この効果は、半パンクまたは過熱した半導体と非常によく似ており、機能しているように見えますが、高温になり、特性が低下します。だから、太陽電池はと同じ導体なので n-n遷移、のみ大きいサイズ電子機器に関するすべての規則は、太陽電池にも適用されます。

そして最も重要なことは、古いソーラーと新しいソーラーを組み合わせることが不可能であるということです。なぜなら、弱いものの出力電力が低下し、新しいものがまだ残っている場合、古いパネルは負荷として自分自身の電力の一部を引っ張るからです。、それによって、仕事の代わりに、彼らは通りを熱くします！

それでおしまい。そして今、私はこれについてもっと頻繁に話します。そうすれば、ストーリーテラーと主題に属していない人々の両方の大多数がより有能な情報を持つようになります。そして、実際の観測があれば、太陽電池の寿命を延ばす方法についての情報があります。

今日市場に出回っている太陽電池の中で、太陽電池の効率の記録保持者は、多層太陽電池に基づいてドイツのフラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所によって開発された太陽電池です。 2005年以来、それらはSoitecによって商品化されています。

フォトセル自体のサイズは4mmを超えず、補助集光レンズを使用することで太陽光の集束を実現し、飽和太陽光を47％の効率で電気に変換します。

バッテリーには4つ含まれています p-n接合フォトセルの4つの異なるセルが、赤外線から紫外線までの波長範囲で、297.3倍に集中した太陽光からの特定の波長の放射線を効率的に受信して変換できるようにします。

フランク・ディミロスが率いる研究者は当初、多層結晶を成長させるタスクを設定し、解決策が見つかりました-彼らは成長基板を接合し、その結果、4つの光起電サブセルを備えた異なる半導体層を備えた結晶が得られました。

多層太陽電池は宇宙船で長い間使用されてきましたが、現在、ソーラーステーションはすでに18か国で発売されています。これは、技術の向上と安価化により可能になります。その結果、新しい太陽光発電所を設置する国の数が増加し、産業用ソーラーパネルの市場で競争する傾向があります。

第二に、シャープな3層フォトセルをベースにしたソーラーパネルで、効率は44.4％に達しました。インジウムガリウムホスファイドはフォトセルの最初の層であり、ガリウムヒ素は2番目の層であり、インジウムガリウムヒ素は3番目の層です。 3つの層は誘電体によって分離されており、これがトンネル効果を実現するのに役立ちます。

フォトセルへの光の集中は、ドイツの開発者の場合と同様に、フレネルレンズのおかげで達成されます。太陽の光は302倍に集中し、3層の半導体フォトセルによって変換されます。

シャープは、2003年以来、産業、エネルギー、環境技術の研究開発と普及を推進する日本の行政機関であるNEDOの支援を受けて、この技術の研究開発を続けてきました。 2013年までに、シャープは44.4％の記録を達成しました。

シャープの2年前の2011年、アメリカのソーラージャンクション社はすでに同様の電池を発売していたが、効率は43.5％、セルサイズは5×5mmで、レンズを使って集束も行い、光を集中させた。太陽の400回。フォトセルはゲルマニウムベースのトリプルジャンクションセルであり、グループはスペクトルをより適切にキャプチャするために5つおよび6つのジャンクションフォトセルを作成することも計画していました。研究は今日まで会社によって行われています。

このように、私たちが見るように、ヨーロッパ、アジア、アメリカで生産されているコンセントレータと組み合わせて作られたソーラーパネルは、最大の記録的な効率を持っています。しかし、これらのバッテリーは主に大規模な地上の太陽光発電所の建設と宇宙船の効率的な電力供給のために作られています。

最近、家の屋根など、それらを装備したいほとんどの人が利用できる従来の消費者向けソーラーパネルの分野で記録が樹立されました。

2015年の中秋節に、Elon MuskのSolarCity社は、最も効率的な消費者向けソーラーパネルを発表しました。その効率は22％を超えています。

この数値は、再生可能エネルギーテストセンターの研究所で実施された測定によって確認されました。バッファローの工場では、すでに毎日の生産計画を立てています。9〜1万枚のソーラーパネルで、その正確な特性はまだ報告されていません。同社はすでに年間少なくとも20万世帯にバッテリーを供給する予定です。

事実、最適化された技術プロセスにより、同社は製造コストを大幅に削減すると同時に、広く普及している消費者向けシリコンソーラーパネルと比較して効率を2倍に向上させることができました。ムスクは、彼のソーラーパネルが近い将来住宅所有者に最も人気があると確信しています。

ソーラーパネルは、光束から直接作用する電気エネルギー源であると考えられています。デザインについて言えば、ソーラーパネルとは、互いに接続され、保護ケースに入れられ、前面のガラスパネルで覆われた特定のフォトセルのセットです。

フォトセルとは

フォトセルは、電子の不足または過剰を特徴とする2種類の導電率を組み合わせた半導体素子です。

n-導電率;
p-導電率。

これは2つの半導体で構成されており、ソース材料の電子が太陽フラックスから受け取ったエネルギーを吸収し、追加のインパルスを与えます。軌道を離れると、電子の方向付けられた流れが一定の光電流を生成し、これは実用的な目的で使用されます。

日常生活への応用

このようなデバイスの適用範囲は非常に広く、さまざまな業界をカバーしています。その中には、次の分野があります。

マイクロエレクトロニクス（時計、電卓）。
家電（外部バッテリースマートフォン、タブレット、ラップトップ用）。
離れた建物と遠隔地の両方に電力を供給します。
モバイル通信やさまざまな複合施設での使用。
自動車産業（電気自動車）。
宇宙産業（宇宙ステーション）。

使用する利点

他の代替エネルギー源の中でも、ソーラーパネルには多くの否定できない利点があります。

それらは不揮発性のエネルギー源であり、骨材ユニットや接続の複雑なメンテナンスや交換を必要としません。最大限の注意は、新たな汚染物質からガラスカバーを掃除することにあります。
それらは独立して動作し、オンとオフを切り替える必要がなく、常に正常に動作しています。彼らはまた彼らの静かな操作によって区別され、絶対に環境に優しいです。
短い回収期間。
耐用年数は25年ですが、操作の過程で要素のパワーが低下することはありません。メーカーによると、出力電力の削減は5％を超えてはなりません。
それらを使用する場合、他のエネルギー源で問題となる必要な電力と電圧に応じて最終的な設置を構成することが可能です。

使用するデバイスの種類

すでに述べたように、それらはすべて、次の半導体で表すことができるフォトセルを含んでいます。

シリコンソーラーパネル

現在、フォトセルの製造には、単結晶、多結晶、アモルファスシリコンが使用されています。

単結晶シリコン製。名前が示すように、精製されたシリコンはこれらのデバイスの主要な材料と見なされます。沿って外観それらはハニカムの形で作られ、単一の構造に接続されています。構造的に精製された単結晶シリコンは、電極グリッドで接続された最も薄いプレート（最大300ミクロン）です。それらの主な利点は、最大20％の高効率であると認識されています。
多結晶要素。このようなタイプは、製造技術（シリコン物質の冷却）が単純なため、以前のバージョンよりもはるかに安価です。内部に多結晶が形成されると、動作の安定性が大幅に低下し、最終効率の指標が18％を超えないことに注意してください。
アモルファスシリコンソーラーパネル。それらの主な半導体材料はシラン（またはシラン）であるため、フィルムとシリコンの両方に起因する可能性があります。シランの薄膜は、フォトセルを形成する特別に準備された基板に適用されます。効率はわずか約5％であるにもかかわらず、与えられたタイプ幅広いアプリケーションが見つかりました。フォトセルは光吸収が良好であるため、効率が低いにもかかわらず、直射日光が当たらず、曇りの天候でも機能します。これに関して、プレハブセクションは任意の気象条件で動作できるため、単結晶（または多結晶）セルとアモルファスセルの組み合わせが使用されます。

フィルムソーラーパネル

2つのタイプがあります：

テルル化カドミウムに基づいています。それらは効率が低く（最大10％）、組成に有毒物質が含まれていますが、この低コストにもかかわらず、人気が決まります。セレン化銅インジウムをベースにしています。セルの作成に使用される主な材料は、銅、セレン、インジウムです。それらもかなり安いですが、約20％の効率があります。
ポリマー。に現在安価で入手しやすいため、より人気があります。半導体にはポリフェニレンまたは銅フタロシアニンが使用されています。効率はわずか5％ですが、入手可能性、設置と設置の容易さ、環境安全性により、産業だけでなく家庭用にも使用されています。

効率

当初、ソーラーパネルが市場に出回った段階でも効率はかなり低かったのですが、今日ではかなり性能が上がっています。高いレベル..。現在、単結晶シリコン電池の場合は24％、多結晶の場合は-20％、シリコン薄膜の場合は15％、ガリウム砒素をベースにした薄膜の場合は24％に達します。多層ソーラーパネルの場合、効率は30％に達します。

そのようなデバイスのメーカーに目を向けると、高効率の最高の太陽電池が次の企業によって提示されます。

Soitec＆Fraunhofer Instituteによって作成されたパネルは、今日、効率の面でリーダーです。効率は信じられないほどの46％に達しますが、莫大なコストのために、それらは科学および宇宙分野でのみ使用されます。
シャープは55年の経験を持つ誰もが認めるリーダーです。電卓から宇宙ステーションまで、ほぼすべての産業向けのソーラーパネルを製造しています。現在、彼らが生産するソーラーパネルの効率は19.8％に達しています。その開発において、同社は44.4％の生産性を達成することができましたが、これらの技術は現在非常に高価であり、市場に提供されていません。
3位はスペインの太陽エネルギー研究所（IES）です。彼らはなんとか32.6％の効率を達成することができました。

しかし、地球に戻ると、上記の数字はその地域のものですハイテク商業用または住宅用にはまだ利用できません。あなたの家のためにソーラーシステムを選ぶとき、あなたが市場で見つけることができる最も効率的なソーラーパネルは20％の効率を超えることはありそうにありません。私たちの側では、Amonix、Sun Power、SunTech Power、Q-Cells、Sanyo、FirstSolarなどのメーカーに注意を払うことをお勧めします。

ソーラーパネルの数を正しく計算する方法

日常生活に搭載されているバッテリーの数を決定するには、次の要素を考慮する必要があります。

家の中で必要な電気の量を計算します。
場所（地域）によっては、年間を通して日射量を確認してください。通常、データは地元の気象サービスから入手できます。
1日あたりの電力を計算します。この場合、バッテリー充電による損失（20％以下）-Wを考慮する必要があります。
夏と冬の係数を考慮して、夏の補正係数が0.5、冬の補正係数が0.7である場合に、1日あたり1セクションの容量（出力）Nを取得します。
WをNで割ると、電力需要を満たすために必要なバッテリーの数が得られます。

計算すると、ロシア中部の地域では、冬に必要な電力を供給する必要なパネルの数が夏の数倍であると推定できます。

この場合、生産は別のセクションの力だけでなく、その傾斜角度、回転ドライブと濃縮装置の有無によっても影響を受けます。いずれにせよ、発電量が不足している場合は、セクション数を増やすことができ、問題の解決に役立ちます。

太陽電池パネルの効率を改善する

それらの効率がかなり低いという事実を考えると、メーカーとユーザーの両方がそれを増やすという深刻な問題に直面しています。太陽電池パネルの効率は多くの要因に依存するため、効率と生産性を向上させるには、次の要点を順守する必要があります。

材料の正しい選択。多結晶モデルとは異なり、インジウム-ガリウムまたはカドミウム-テルルセルは生産性を大幅に向上させることができます。
光の方向に反応する特別なドライブとセンサーを設置することにより、光束に対して直角に断面表面を正しく配置します。
他の装置と同様に、過熱は非常に危険であるため、パネルの設置とともに、パネルの換気と冷却のためのシステムを提供する必要があります。
近くに立っている背の高い物体から影が落ちるのは避けてください。設置のパフォーマンスが数回低下する可能性があります。
パネルコントロールを構成するすべてのユニット（ドライブ、コントローラー、インバーター、バッテリーなど）の動作条件、正確でタイムリーなメンテナンス。

もちろん、ソーラーパネルの設置は、必要な電力量での自律電力供給の問題を完全に解決するわけではありませんが、少なくとも一部の電化製品に電力を供給するために発電量を増やすのに役立ちます。

科学技術は代替エネルギー使用の分野で静止しておらず、日常生活や産業での太陽エネルギーの使用は、従来のエネルギー源に取って代わろうとして、開発と改善を続けていきます。残念ながら、太陽エネルギーの世界的な支配はまだ遠い道のりであり、その理由は太陽電池パネルの効率が低いことです。

太陽電池パネルの効率に影響を与える要因

太陽電池パネルの効率は、次のような客観的および主観的な要因の影響を受けます。

製造に使用される材料、
テクノロジー、
使用場所（緯度）、
太陽光線の入射角、
ほこりや損傷。

さらに、これらすべての要因は、太陽電池パネルの効率への影響という点で相互に関連し、依存しています。しかし、効率を決定する最初の要因は、太陽電池の製造コストです。

太陽エネルギー効率のリーダー

最も効率的なソーラーパネルコンポーネントの製造におけるリーダーを検討し、それらを効率に従って分類します。

ドイツで最初の大学以外の研究機関からの44.7％の効率。結果は、複雑な半導体組成（Ga 0.35 V 0.65 P / Ga 0.83 V 0.17 As / Ge）の層の三重遷移の濃縮器で得られました。このような太陽電池は複雑で、非常に高価であるため、住宅用または商業用には使用されません。それらは、スペースが限られているNASAなどのメーカーによって宇宙技術で使用されています。
単層半導体接合モジュール（InGaP / GaAs / InGaAs）から37.9％の効率が得られます。この場合、結果は太陽に垂直な90°に対してのみ得られました。これらの太陽電池も製造が難しく、時間がかかりますが、それらの工業生産はより有望であるように思われます。
32.6％は、研究所（IES）と大学（UPM）のスペイン人研究者によって達成されました。彼らは、2接合半導体ハブのマルチモジュールを使用しました。繰り返しになりますが、これらのアイテムは、商業用または住宅用の用途には広く使用されていません。

太陽電池効率バランス

約12個あります最大のメーカー比較的優れた効率と適度なコストでソーラーパネルを製造します。最新の技術で太陽電池を製造している大手企業は、25％に近い効率で太陽電池を工業的に製造できます。同時に、太陽電池の効率が原則として14〜17％を超えないモジュールの大量生産は十分に確立されています。主な理由この効率の違いは、実験室で使用される研究方法が太陽光発電製品の商業生産に適していないため、より手頃な技術は生産コストが比較的低く、使用効率の低下につながることです。

これを行うために、完成したモジュールのコストの、特徴的な効率指標を備えた一連の技術的な太陽電池の発電コストへの依存性をグラフに示します。