Účinnost solárních panelů: co, jak najít, graf, jak zvýšit, vyčerpávající fakta

Solární energii známe. Sluneční energie ze slunce může být přeměněna na užitečnou práci nebo energii na Zemi. Jedním ze zařízení používaných k přeměně sluneční energie na elektrickou energii je solární panel.

Solární panel zařízení může ukládat a přeměňovat sluneční energii. Množství slunečního světla, které se dokáže přeměnit na elektřinu, je popsáno účinností solárních panelů. Procento vždy udává účinnost solárního panelu. Tento příspěvek se zabývá poskytnutím vyčerpávajících podrobností o účinnosti solárních panelů.

Jaká je účinnost solárních panelů?

Účinnost solárního panelu popisuje vstupní sluneční energii ze slunce a výstup přeměněnou sluneční energii na elektrickou energii.

Účinnost solárního panelu je měření, které udává poměr množství slunečního světla, které dopadá na povrch panelu, k množství slunečního světla přeměněného na užitečnou elektrickou energii. Solární panel se skládá z jednotlivých solárních článků, které se skládají z vrstev křemíku, bóru a fosforu. Vrstva boru působí jako kladný terminál poskytující kladné náboje a fosforový terminál působí jako záporný terminál sestávající ze záporných nábojů. Naproti tomu křemíková vrstva působí jako polovodič.

Primárně existují čtyři typy solárních panelů. Účinnost solárních panelů se u různých typů panelů liší. Panel, který poskytuje nejvyšší elektrickou energii, je efektivnější. Existují čtyři typy solárních panelů

• Monokrystalické solární panely
• Polykrystalické solární panely
• Pasivovaný emitor a panely zadních článků (PERC)
• Tenkovrstvé panely

Na základě jejich součástí a schopnosti zadržet sluneční světlo a rychlosti přeměny poskytují všechny čtyři druhy různou míru účinnosti. Účinnost všech čtyř druhů je uvedena níže.

Monokrystalické solární panely

Monokrystalické solární panely se skládají pouze z čistých křemíkových polovodičů, proto jsou také známé jako „monokrystalické solární panely." Veškerý křemík je rozřezán na mnoho plátků, aby byly uspořádány do panelu. Protože v tomto typu panelu je použit pouze křemík; a proto je jeho účinnost více ve srovnání s ostatními třemi. Účinnost monokrystalického solárního panelu je asi 20 %. I když je účinnost tohoto panelu vyšší, není cenově dostupný, protože při výrobě dochází k většímu plýtvání křemíkem.

Polykrystalické solární panely

Polykrystalické solární panely jsou vyrobeny roztavením čistého křemíku a nalitím do čtvercové formy. Tento typ solárních panelů je cenově dostupnější, protože plýtvání materiálem je menší. Účinnost polykrystalického panelu je o něco nižší, protože při tavení se ztrácí čistota křemíku. Účinnost tohoto typu solárních panelů je cca 15-17%.

Pasivovaný emitor a panely zadních článků (PERC)

Solární panely PERC jsou vylepšenou verzí tradičních monokrystalických panelů. Jedná se o novou technologii, ve které je pasivační vrstva panelu na zadním povrchu článku a následně zvyšuje účinnost. Účinnost tohoto typu panelů je asi o 5 % vyšší než účinnost monokrystalických panelů, tj. asi o 25 % účinnost pro zachycení a přeměnu slunečního světla.

Tenkovrstvé panely

Tenkovrstvé panely se liší od krystalických panelů. Jsou vyrobeny z různých materiálů, jako např

• Telurid kadmia (CdTe) – tento typ tenkovrstvého solárního panelu má výhodnou nízkou cenu pro instalaci; kadmium je však toxické a jeho recyklace může být ve srovnání s instalací dražší. Jeho účinnost se pohybuje od 9-11%.
• Amorfní křemík (a-Si) – tento panel je vyroben z beztvarého křemíku a není správně strukturován na molekulární úroveň. Účinnost amorfního křemíku je asi 6-8%. Výhodou a-Si panelu je, že může poskytnout vyšší účinnost při nejnižších výrobních nákladech.
• Copper-indium gallium selenide (CIGS) – tento typ solárního panelu se skládá z tenkých vrstev mědi, india, galia a selenu, které jsou naneseny na skle. Jeho účinnost se pohybuje od 13 do 15 %. Kombinace těchto prvků produkuje nejvyšší účinnost ve srovnání s dalšími dvěma tenkovrstvými solárními panely.

Vzorec účinnosti solárních panelů

Účinnost solárního panelu je dána vzorcem

Účinnost (%) = P_max/A*I*100

Kde P_max je maximální výkon panelu, A je plocha panelu a I=1000W/m²; je ozářené sluneční světlo za standardních testovacích podmínek.

Pokud znáte hodnotu výše uvedených pojmů, pak snadno zjistíte účinnost vašeho solárního panelu.

Jak zvýšit účinnost solárních panelů?

Účinnost solárních panelů lze zvýšit různými způsoby. Pokud se odstraní nečistoty z polovodičových součástek přítomných v panelu, pak se účinnost solárního panelu zvýší. Ale kromě této metody máme několik metod, jak zvýšit účinnost solárních panelů; oni jsou:

• Instalace solárního koncentrátoru energie – solární koncentrátor se skládá ze zrcadel nebo čoček, které se soustřeďují na velké množství slunečního záření dopadajícího na přijímač. Toto koncentrované světlo z koncentrátoru je zachyceno a dopadá na solární panel s optimální účinností. Koncentrátor zajišťuje, že veškeré dostupné sluneční světlo se zapojí do procesu výroby elektřiny. Další výhodou koncentrátoru je, že dokáže efektivně akumulovat sluneční světlo i v noci.
• Správný úhel pro umístění solárního panelu – účinnost solárního panelu závisí na úhlu, pod kterým je panel umístěn. Pokud je panel otočen na jih se správným sklonem, panel bude schopen zachytit maximum slunečního světla a také může generovat více elektřiny. Panel musí být umístěn šikmo, protože to pomáhá udržovat panel čistý a zabraňuje tomu, aby na něm byly prachové částice.
• Záložní baterie – instalace záložních baterií pomáhá ukládat solární energii a lze je využít i v noci. Zachycená solární energie panelem nebude plýtvat, pokud jsou k dispozici záložní baterie a zlepší výhradní využití slunečního světla; tím se zvyšuje účinnost.
• Offsetová teplota – solární panely jsou do značné míry ovlivněny mimořádnou teplotou a jejich účinnost se může snížit, pokud se teplota teploměru zvýší. Je tedy lepší instalovat solární panel s mezerou 6 palců mezi střechou a panelem. Takže vítr odnáší teplo pryč a účinnost se zvyšuje generováním více elektřiny.
• Udržování panelu v čistotě – hromadění prachu, kapek deště a nečistot může snížit účinnost panelu, proto je nutné panel udržovat v čistotě.
• Snížení počtu zařízení – použití příliš mnoha zařízení současně ze solárních generátorů může zničit účinnost panelu. Je tedy lepší používat omezený počet zařízení. Vyhněte se používání zařízení, která spotřebovávají hodně energie, jako jsou pračky a chladničky, protože mohou způsobit problémy s nízkým napětím. Pokud se jim vyhnete, účinnost solárních panelů se zlepší a problém s napětím bude vyřešen.

Graf účinnosti solárních panelů

Účinnost solárního panelu lze znázornit vynesením grafu. Graf IV a PV je nejvhodnější pro vykreslení účinnosti solární energie. V IV grafu účinnosti solárních panelů je napětí odebíráno podél osy x a proud je odebírán podél osy y. V grafu PV je výkon odebírán na ose y a napětí je na ose x.

V reálném světě provozní účinnost solárního panelu velmi závisí na vnějších faktorech, jako je klima a podmínky prostředí. S ohledem na tyto faktory je níže uveden graf účinnosti solárních panelů.

Účinnost solárních panelů v čase

Účinnost solárního panelu se časem snižuje. Pokud jste solární panel nainstalovali zhruba před pěti lety, jeho účinnost nyní není stejná. Postupem času se účinnost solárního panelu snižuje.

Rychlost, se kterou solární panely ztrácejí svou účinnost v průběhu času, se nazývá rychlost degradace a je to přirozený důsledek. Degradace solárního panelu je pomalý proces; ztráta účinnosti o 1 % trvá hodně času. Ve studii národní energie z obnovitelných zdrojů Laboratoř odhadla, že účinnost solárního panelu ztrácí každý rok od instalace 0.5 až 0.8 %.

Rychlosti degradace solárního panelu se nelze vyhnout, ale během roku může být zanedbatelná, protože proces degradace je poměrně pomalý. Účinnost solárních panelů se časem ztrácí hlavně ze dvou důvodů.

• Degradace způsobená světlem – k tomu dojde pouze tehdy, když je vrstva bóru panelu zoxidována a panel částečně pokrývá. V důsledku degradace způsobené světlem může dojít ke ztrátě asi 1-3 % účinnosti panelu.
• Potenciální indukovaná degradace – k tomuto procesu dochází kvůli elektrickému svodu na panelu v důsledku vysoké vlhkosti a nahromadění sodíku na panelu. Je to nejvzácnější situace, která může nastat, aby došlo k poškození účinnosti.

Můžeme však odhadnout průměrnou životnost solárních panelů s ohledem na jejich účinnost. Před několika lety výrobci udávali průměrnou životnost solárního panelu asi deset let ode dne instalace. Nyní však moderní technologie zvyšují účinnost solárního panelu více a jeho průměrná životnost se odhaduje na 25 let.

Průměrná účinnost solárních panelů

Průměrná účinnost solárního panelu se pohybuje mezi 15 až 18 %.

Monokrystalické a polykrystalické solární panely vykazují průměrnou hodnotu účinnosti solárních panelů. Tenkovrstvý panel měď-indium-gallium selenid vykazuje maximálně 15% účinnost. Standardní velikost 60článkových panelů s jmenovitým výkonem 300-330 wattů může mít průměrnou účinnost 18 %.

Maximální účinnost solárního panelu

Vědci vynalezli solární panel s maximální účinností pomocí nových technologií a inovací v laboratorních podmínkách.

Vynalezli velký solární panel, který dokáže přeměnit přímé sluneční světlo na elektrickou energii a jejich účinnost se odhaduje na 44 %. To je maximální účinnost solárních panelů, jaká kdy byla doposud vyrobena. Tyto solární panely jsou vyrobeny z monokrystalických solárních článků. Tyto solární panely jsou vyrobeny zpevněním více vrstev článku do samostatného článku, který je schopen přímo absorbovat veškeré záření ze slunečního spektra.

• Vědci využívají novou technologii tzv "přenosový tisk", který sestavuje každý z nich komponenty buňky s vysokou přesností.
• Materiál použitý v tomto panelu je odvozen z „substrát antimonidu galia (GaSb), který se používá hlavně při výrobě IR laserů a fotodetektorů. Má schopnost absorbovat každou část přímého slunečního záření.

Je však těžké dosáhnout a upravit takové solární panely s maximální účinností, protože je to vysoce nedostupné. Náklady na výrobu jsou také vysoké a riskantní.

Nejvyšší účinnost solárních panelů

Nejvyšší účinnost solárních panelů je asi 25 %; solární panel s názvem PERC je schopen produkovat nejúčinnější výstupní elektřinu ze solárního panelu.

Nejúčinnější solární panel dostupný na trhu má účinnost 22.8 %. X22 je monokrystalický solární panel, který má nejvyšší účinnost. Polykrystalický solární panel může mít nejvyšší účinnost 17 %. Takže monokrystalický solární panel má nejvyšší účinnost.

Jak vypočítat účinnost solárních panelů?

Účinnost solárního panelu lze snadno vypočítat, pokud znáte výstupní výkon solárního panelu, plochu panelu a kolik slunečního světla je na panel ozářeno. Nahrazením hodnoty těchto poskytnutých dat lze vypočítat účinnost solárního panelu pomocí vzorce;

Účinnost (%) = P_max/A*I*100

Pro lepší porozumění nám dovolte vyřešit problém za vás. Solární panel má maximální výstupní výkon 310 wattů a jeho plocha je 2.2 m2. Ozáření slunečního světla se volí podle standardních testovacích podmínek (STC). Vypočítejte účinnost solárního panelu.

Z výše uvedené otázky je nám poskytnut maximální výstupní výkon P_max=310 wattů a plocha panelu A=2.2m². Podle standardních testovacích podmínek se předpokládá, že ozařované sluneční světlo na panelu je 1000 wattů/m².

Dosazením všech hodnot v dané rovnici

Účinnost (%) = P_max/A*I*100

Účinnost (%)=310/2.2*1000*100

310 / 2200 * 100

Účinnost (%)=0.1409×100

Účinnost (%)= 14.09 %

Účinnost daného solárního panelu je cca 14% což je o něco méně efektivní. Můžeme také předpovědět, že solární panel může být tenkovrstvý panel na základě hodnoty jejich účinnosti.

Často kladené otázky

Jaké jsou faktory, které ovlivňují účinnost solárních panelů?

Existuje několik faktorů, které do značné míry ovlivňují výkon solárních panelů a následně snižují jejich účinnost; oni jsou

• Teplota – ukazuje opačný vliv na účinnost. Pokud teplota stoupá, účinnost klesá, a pokud teplota klesá, účinnost bude vyšší.
• Přeměna energie – solární panely vykazují různé odezvy pro různá spektra; to může vést ke změnám ve spektrálním ozáření, které ovlivňují výrobu energie.
• Sluneční stínění – solární panely jsou vyrobeny tak, že mnoho jednotlivých solárních článků je uspořádáno do série a spojeno dohromady, aby produkovalo vysoké napětí. Pokud je jedna buňka zastíněna, znamená to, že všechny ostatní buňky jsou prakticky zastíněné, což vede ke ztrátě energie.
• Orientace panelu, úhel sklonu panelu, zeměpisná šířka a klima také do značné míry ovlivňují účinnost solárního panelu.

Můžeme dosáhnout 100% účinnosti solárních panelů?

V ideálním případě ano, můžeme dosáhnout 100% účinného solárního panelu, pokud je schopen zachytit a přeměnit veškeré ozářené sluneční světlo. Ale prakticky nemůžeme.

Sluneční spektrum se skládá z fotonů s širokým rozsahem energií. Některé fotony mohou mít energii vyšší než je bandgap polovodiče, a proto není možná absorpce veškerého vyzařovaného slunečního světla. Je tedy těžké dosáhnout 100% účinnosti solárního panelu.

Jaké jsou výhody solárních panelů?

Vzhledem k tomu, že solární panel pojme solární energii, která je obnovitelným zdrojem energie, má širokou škálu výhod, které jsou uvedeny níže:

• Přeměňuje sluneční energii na elektrickou energii bez emisí jakýchkoli toxických látek, takže je ekologický.
• I když je počáteční investice poměrně drahá, údržba nestojí moc, protože nevyžaduje žádná další paliva pro výrobu elektřiny.
• Implementace solárních panelů pro zajištění elektřiny pro provoz domácích zařízení může snížit účet za elektřinu.
• Instalace solárních panelů a jejich správné využití vede ke snížení spotřeby fosilních paliv, které jsou neobnovitelnými zdroji energie.

Co je hlavním důvodem účinnosti solárního panelu?

Účinnost solárních panelů závisí na polovodiči použitém při výrobě.

Předpokládejme, že panel je vyroben z čistého polovodiče nebo je dopován zanedbatelným množstvím nečistot; tento panel vykazuje vyšší účinnost. Menší množství nečistot podporuje tvorbu více kombinací elektron-díra a tím využívá celkovou zachycenou energii. Takže ta efektivita bude větší.

Přečtěte si více o Přenosný solární panel.

Také čtení: