ソーラーパネルの効率と性能に影響を与えるものは何ですか?

今日、太陽光発電システムの効率などが話題になっています。 これは、ソーラーパネルの効率を評価する際の重要な基準の 1 つです。 この指標を増やすことが、変革コストを削減するための主なタスクです 太陽光エネルギー太陽光発電システムの利用の拡大。 ソーラーパネルの主な欠点は、効率が低いことです。 最新の太陽電池 1 平方メートルで、そこに当たる太陽放射の電力の 15 ～ 20 パーセントを生成できます。 そしてこれは最も有利な動作条件下でのことです。 その結果、必要なエネルギーを供給するには、大面積の太陽光パネルを多数設置する必要があります。 この記事では、そのような機器がどれほど効果的か、そしてその効率が何に依存するかを理解しようとします。 ソーラーパネルの耐用年数と回収率についても説明します。

ソーラーパネルの機能は半導体素子の特性に基づいています。 太陽光が光子によって太陽光発電パネルに当たると、原子の外側の軌道から電子がノックアウトされます。 結果として生じる多数の電子は、閉回路に電流を供給します。 通常の電力を供給するには、1 枚または 2 枚のパネルでは不十分です。 そこで、いくつかのパーツを組み合わせて、 ソーラーパネル。 必要な電圧と電力を得るために、それらは並列または直列に接続されます。 大きい数字光電池は太陽エネルギーを吸収するための広い面積を提供し、より多くの電力を生成します。

次に、効率自体について直接説明します。 この値は、電力をパネルに当たる太陽エネルギーの電力で割ることによって計算されます。 最新の太陽電池の場合、この値は 12 ～ 25 パーセントの範囲にあります (実際には 15 パーセントを超えません)。 理論的には、効率を 80 ～ 85% まで高めることが可能です。 この違いは、パネルの製造に使用される材料によって発生します。 これはシリコンをベースにしており、紫外線は吸収せず、赤外線スペクトルのみを吸収します。 紫外線のエネルギーが無駄に消費されていることが分かりました。

効率を上げるための方向性の 1 つは、多層パネルの作成です。 このような構造は、層状に配置された一連の材料で構成されます。 材料の選択は、さまざまなエネルギーの量子が捕捉されるように行われます。 ある材料を含む層は 1 種類のエネルギーを吸収し、2 番目の材料は別の種類のエネルギーを吸収します。 その結果、高効率の太陽電池を作製することが可能となる。 理論的には、このような多層パネルは最大 87% の効率を実現できます。 しかし、これは理論上の話ですが、実際にはそのようなモジュールの製造には問題があります。 さらに、それらは非常に高価であることがわかります。

太陽電池システムの効率は、太陽電池に使用されるシリコンの種類にも影響されます。 ケイ素原子の生成に応じて、次の 3 つのタイプに分類できます。

• 単結晶。
• 多結晶。
• アモルファスシリコンパネル。

単結晶シリコンで作られた光電池の効率は 10 ～ 15 パーセントです。 それらは最も効果的ですが、他のものよりもコストが高くなります。 多結晶シリコンモデルは電力ワット数が最も安価です。 多くは材料の純度に依存しており、場合によっては多結晶要素の方が単結晶より効果的である場合があります。

アモルファスシリコンで作られた光電池もあり、これに基づいて薄膜フレキシブルパネルが作られています。 それらの製造はより簡単であり、価格はより低くなります。 しかし、効率ははるかに低く、5 ～ 6% になります。 アモルファスシリコン素子は時間の経過とともにその特性を失います。 生産性を高めるために、セレン、銅、ガリウム、インジウムの粒子が追加されます。

ソーラーパネルの効率は何によって決まるのでしょうか?

ソーラーパネルの効率は、いくつかの要因に影響されます。

• 温度;
• 太陽光の入射角。
• 表面の清浄度。
• 影の欠如。
• 天気。

理想的には、フォトセルの表面への太陽光の入射角は直線である必要があります。他のすべての条件が等しい場合、この場合、最大の効率が得られます。 一部のモデルでは、効率を高めるために太陽追跡システムがソーラーパネルに取り付けられています。 太陽の位置に応じてパネルの角度を自動的に変更します。 しかし、この喜びは安くはないので、まれなことです。

動作中、光電池は発熱し、効率に悪影響を及ぼします。 エネルギー変換中の損失を避けるために、パネルとパネルが固定される表面のためのスペースを残しておく必要があります。 次に、空気の流れがそれらの下を通過し、それらを冷却します。

パネルは年に数回洗浄して拭く必要があります。 結局のところ、太陽光発電パネルの効率は入射光に直接依存し、したがって表面の清浄度に依存します。 表面に汚れがあると、ソーラーパネルの効率が低下します。

電池を正しく取り付けることが重要です。 これは、彼らに影が落ちてはいけないことを意味します。 そうしないと、システム全体の効率が大幅に低下します。 光電池を南側に設置することを強くお勧めします。

天候に関しては、天候にも大きく左右されます。 お住まいの地域が赤道に近いほど、パネルに当たる太陽放射の密度が高くなります。 私たちの地域では、冬には効率が2〜8倍低下する可能性があります。 晴れの日が減ったことと、パネルに雪が降ったことの両方が原因だ。

ソーラーパネルの耐用年数と回収率

太陽光発電システムには可動機械部品がないため、耐久性と信頼性が高くなります。このようなバッテリーの耐用年数は 25 年以上です。 適切に運用および保守されていれば、50 年間使用できます。 さらに、それらには深刻な故障はなく、所有者は定期的に太陽電池を汚れ、雪などから掃除するだけで済みます。これは、ソーラーシステムの効率と効率を高めるために必要です。 長期多くの場合、サービスはソーラーパネルを購入するかどうかを決定する際の決定要因になります。 結局のところ、回収期間が経過すると、電力は無料になります。

そして回収期間は耐用年数よりも大幅に短くなります。 しかし、多くの人はバッテリーの初期費用のために立ち止まります。 効率が低いことと相まって、多くの人が太陽光発電システムを購入することの収益性について疑問を抱いています。 したがって、ここでの決定は、お住まいの地域の天候や気候、使用条件などを考慮して行う必要があります。

回収期間は次の要因に影響されます。

• 光電池と装置の種類。 投資回収額は、太陽電池の効率値と初期コストの両方に影響されます。
• 地域。 お住まいの地域の太陽光の強度が高いほど、投資回収期間は短くなります。
• 機器および設置の価格。
• お住まいの地域の電気料金。

地域別の平均回収期間は次のとおりです。

• 南ヨーロッパ ─ 最長 2 年。
• 中央ヨーロッパ - 最長 3.5 年。
• ロシア ─ ほとんどの地域では最長 5 年。

熱を集めるソーラーコレクターと受熱用バッテリーの効率 電気エネルギーは常に増加しています。 確かに、私たちが望むほど速くはありません。業界の専門家は、太陽電池の効率を高め、コストを削減するために取り組んでいます。 結果として、これらすべてが投資回収期間の短縮とソーラーパネルの普及につながるはずです。

ソーラーシステムに取り組む現代の研究者は、ソーラーパネルの効率について常に研究者間で議論しています。 これは、その有効性と生産性のレベルを評価するための主要な基準の 1 つです。 太陽エネルギーをパネル用の電力に変換するコストは依然として高いため、メーカーはパネルの効率を高める方法に頭を悩ませています。

セル面積 1 平方メートルあたり、バッテリーに到達する総太陽放射電力の約 20% が生成されることが知られています。 その中で 私たちが話しているのは常に起こるとは限らない、最も好ましい気候や気象条件について。 したがって、料金を上げるには、太陽光パネルをたくさん設置する必要があります。 これは必ずしも便利ではなく、コストもかなりかかります。 したがって、これらの代替エネルギー源の使用がどの程度実現可能か、将来的にはどのような見通しがあるかを理解する必要があります。

したがって、バッテリーの効率は、実際に生成される電位の量をパーセンテージで表したものになります。 これを計算するには、電気エネルギーの電力をソーラーパネルの表面に当たる太陽エネルギーの電力で割る必要があります。

現在、この数字は 12 ～ 25% の範囲です。 実際には、天候や気候条件を考慮すると、15 を超えることはありません。 その理由は、それらが作られている素材にあります。 太陽電池。 製造の主な「原材料」であるシリコンには UV スペクトルを吸収する能力がなく、赤外線でのみ機能します。 残念ながら、この欠陥により、私たちは UV スペクトルのエネルギーを無駄にし、それを有益に利用できません。

効率と材料・技術の関係

ソーラーパネルはどのように機能しますか? 半導体の特性に基づく。 それらに当たる光は、原子の外側の軌道にある電子をその粒子とともにノックアウトします。 たくさんの電子は電位を生み出す 電流- 閉回路条件下。

正常な電源インジケータを確保するには、1 つのモジュールでは十分ではありません。 パネルが多ければ多いほど、 より効率的に作業できるラジエーターはバッテリーに電気を供給し、そこに電気が蓄積されます。 まさにこの理由から ソーラーパネルの効率は設置されているモジュールの数にも依存します 。 それらの数が多ければ多いほど、より多くの太陽エネルギーを吸収し、そのパワーインジケーターは桁違いに高くなります。

バッテリー効率を改善することはできますか? このような試みは、作成者によって何度も行われました。 将来的には、複数の材料とその層で構成される要素を製造する方法が考えられます。 モジュールが吸収できるように材料が配置されています。 他の種類エネルギー。

たとえば、ある物質が UV スペクトルで機能し、別の物質が赤外線で機能する場合、太陽電池の効率は大幅に向上します。 理論レベルで考えると、最も高い係数は 役立つアクションこの数字は約 90% になる可能性があります。

また、シリコンの種類は太陽光発電システムの効率に大きな影響を与えます。 その原子はいくつかの方法で入手でき、これに基づいてすべてのパネルは 3 つの種類に分けられます。

• 多結晶。
• の要素。

太陽電池は単結晶から作られますが、その効率は約20％です。 効率が最も高いため高価です。 多結晶はコストがはるかに低いため、 この場合彼らの仕事の品質は、製造に使用されるシリコンの純度に直接依存します。

アモルファスシリコンをベースにした要素は、薄膜製造の基礎となっています。 製造技術ははるかに単純で、コストは低くなりますが、効率も低く、6％以下です。 すぐに消耗してしまいます。 したがって、寿命を向上させるために、セレン、ガリウム、インジウムが添加されています。

ソーラーパネルをできるだけ効率的に動作させる方法

太陽光発電システムのパフォーマンスは以下に依存します。

• 温度インジケーター。
• 太陽光線の入射角。
• 表面状態（常にきれいである必要があります）。
• 気象条件;
• 影の有無。

パネルへの太陽光の最適な入射角は90°、つまり真っ直ぐです。 すでに太陽光発電システムが設置されている ユニークなデバイス。 空間内の照明の位置を監視できます。 地球に対する太陽の位置が変化すると、太陽系の傾斜角も変化します。

要素を継続的に加熱することもできません。 可能な限り最善の方法で彼らのパフォーマンスに影響を与えます。 エネルギーが変換されると、重大な損失が発生します。 それが理由です 太陽系とそれが取り付けられている表面の間には、常に小さなスペースを残す必要があります。 。 そこを通過する気流は自然な冷却方法として機能します。

ソーラーパネルの清潔さ - 効率に影響を与える重要な要素でもあります。 汚れがひどい場合、集光する光が少なくなり、効果が低下します。

また 正しい取り付け大きな役割を果たします。 システムを設置するときは、影が当たらないようにしてください。 最高の面設置する場所は南です。

気象条件に移ると、曇天でもソーラーパネルが動作するかどうかというよくある質問にも同時に答えることができます。 もちろん、彼らの仕事は続きます。 電磁放射太陽から発せられる光は、一年中いつでも地球に降り注いでいます。 もちろん、特に年間に雨や曇りの日が多い地域では、パネルの性能（効率）は大幅に低下します。 言い換えれば、発電は可能ですが、その量は日照量が多く暑い地域に比べてはるかに少ないのです。

効率チャンピオンバッテリーについて少し

太陽光発電システムの効率に関する記録保持者 この瞬間ドイツのバッテリーが考慮されています。 それらは、その名にちなんで名付けられた太陽エネルギー研究所で作成されました。 フラウンホーファー。 これらは、複数の層で構成される光電池に基づいています。 会社 「ソイテック」 2005年以来、それらを積極的に広く消費に導入してきました。

素子自体の厚さはわずか 4 mm で、特殊なレンズを使用して太陽光が素子の表面に集光されます。 そのおかげで光の粒子が電気に変換され、効率は47%にも達します。

当然のことながら、2位は同社の3層のフォトセルを使用して作成されたパネルによって占められています。 "シャープ"。 これらも高効率のソーラーパネルですが、わずかに低くなります - 44%。

3 つの層は、リン化インジウム (ガリウム)、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウム (ガリウム) の 3 つの物質で表されます。 それらの間には、トンネル効果を得るために使用される誘電体層があります。 光の集束に関しては、公知のフレネルレンズを使用することによって得られる。 光の集中度は 302 倍のレベルに達し、その後 3 層の半導体コンバータに入ります。

もちろん、このような効率の記録は、幅広い消費者がアクセスできるものではありません。 ちなみに、この会社のオーナーはアメリカの有名な億万長者イーロン・マスク氏です。 「ソーラーシティ」。 つい最近の 2015 年に、マスク氏の会社は効率が 22% を超える「消費者向け」バージョンのソーラー パネルを開発しました。

今日に至るまで開発と数多くの実験室での実験が行われています。 このようなテクノロジーには、環境に優しい技術として素晴らしい将来があると確信できます。 代替ソースエネルギー。

科学技術は代替エネルギーの利用で止まっているわけではなく、日常生活や産業における太陽エネルギーの利用は今後も発展し、改良され、従来のエネルギー源に取って代わろうとしているでしょう。 残念ながら、太陽エネルギーの世界的支配はまだ遠く、その理由は太陽電池パネルの効率の低さにあります。

ソーラーパネルの効率に影響を与える要因

ソーラーパネルの効率は、次のような客観的要因と主観的要因の影響を受けます。

• 生産に使用される材料、
• テクノロジー、
• 使用場所（緯度）、
• 太陽光の入射角、
• 汚れやダメージ。

さらに、これらすべての要因は相互に関連しており、ソーラーパネルの効率への影響において相互に依存しています。 しかし、効率を決める最初の要素は太陽電池素子の製造コストです。

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見て、効率の順に並べてみましょう。

• ドイツ初の大学以外の研究機関による効率 44.7%。 この結果は、複雑な半導体組成（Ga 0.35 V 0.65 P / Ga 0.83 V 0.17 As / Ge）の層の三重接合コンセントレータについて得られました。 そのような 太陽電池複雑な構造は非常に高価であるため、住宅や商業目的には使用されません。 これらは、スペースが限られている NASA などのメーカーによる宇宙用途で使用されています。
• 単層半導体接合モジュール (InGaP/GaAs/InGaAs) からは 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° のみについて得られました。 これらの太陽電池も製造が複雑で労働集約的ですが、工業生産の方が有望であるように思えます。
• 32.6% は、研究所 (IES) と大学 (UPM) のスペインの研究者によって達成されました。 彼らはデュアルジャンクション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、これらの要素は商業用途や住宅用途に広く使用されるにはまだ程遠いです。

ソーラーパネルの効率のバランスをとる

十数個ほどあります 最大の生産者、比較的効率が良く、適度なコストでソーラーパネルを生産します。 太陽光パネルを多く生産している大手企業 現代のテクノロジー 25% 近い効率で太陽電池を工業的に生産できます。 同時に、太陽電池効率が通常14〜17％を超えないモジュールの大量生産が十分に確立されています。 主な理由この効率の違いは、研究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は適していないためです。 利用可能なテクノロジー製造コストが比較的低いため、使用効率の低下につながります。

これを行うために、完成したモジュールのコストと、発電された電力のコストとの依存関係をグラフに表示します。 テクノロジーシリーズ太陽電池の特徴 効率指標.

比較グラフを見れば一目瞭然 経済性初期実験室効率指標を備えた太陽電池、以下に従って製造 さまざまなテクノロジー、kWh あたり 6 セント (3.4 ルーブル/kWh) で生成される最適な電力コストとの関係。

したがって、折り曲げ可能な薄いフィルムの形をしたアモルファスシリコンで作られた最も入手しやすく安価な太陽電池は、比較的小さいサイズで元が取れますが、大量の電力需要に対しては経済的に効果的ではありません。 電話やランプなどのポータブル充電に広く使用されています。

多結晶シリコン電池はすでに住宅や小規模温室で効果を発揮し始めています。

実験用太陽光発電所の要素は、高純度のシリコン単結晶 (99.999) をベースに作られています。 これらには最適なパフォーマンス指標があり、経済的に正当な回収期間があります。

光電池の最新の科学開発は最高の効率を持ち、コストが主な選択基準ではない科学および産業分野でのみ使用されます。

ソーラーパネルの使用は、私たちの生活のさまざまな分野でますます取り入れられていますが、残念ながら、生産技術の不完全性（およびかなり低い効率の結果）と多大なコストがかかるため、広く使用されていません。

ソーラーパネルは、太陽光線を電気に変換できるユニークなシステムです。 熱エネルギー。 今日のソーラー製品に対する需要の高まりは、その迅速な回収、耐久性、冷却剤の入手可能性によって決まります。 しかし、ソーラーパネルはどれくらいの電圧を生成できるのでしょうか? 太陽光発電システムがどれほど効果的か、そしてその効率が何に依存するかについての記事をお読みください。

高効率ソーラーパネル：コンバータの種類

太陽電池の効率は、機器のパネルに入射する太陽光の電力に対する電気の電力の比に等しい値です。 最新の太陽電池の効率は 10 ～ 45% です。 そのような 大きな違いこれは、使用される材料とバッテリープレートの設計の違いによって引き起こされます。

したがって、ソーラーパネルプレートは次のようになります。

• 薄膜;
• マルチジャンクション。

現在、後者のタイプのソーラー パネルは最も高価ですが、生産性も最も優れています。 これは、プレート内の各接合部が特定の長さの波を吸収するという事実によるものです。 したがって、このデバイスは太陽光のスペクトル全体をカバーします。 最大 バッテリー効率実験室条件で得られた多接合パネルの場合は 43.5% です。

エネルギー専門家は、数年後にはこの数字が 50% に増加すると自信を持って述べています。 薄膜プレートの効率は、その材質に大きく依存します。

したがって、薄膜太陽電池は次の種類に分類されます。

• ケイ素;
• カドミウム。

家庭用として使用できる太陽電池としては、シリコン膜ウエハーを用いた太陽電池が最も一般的です。 このようなデバイスの市場流通量は 80% です。 効率は非常に低く、わずか 10% ですが、手頃な価格で信頼性が高くなります。 効率指数はカドミウムプレートの方が数パーセント高くなります。 セレン化物、銅、インジウム、ガリウムの粒子を含むフィルムは効率が高く、15% に相当します。

ソーラーパネルの効率は何によって決まるのでしょうか?

光電コンバータの効率は多くの要因の影響を受けます。 したがって、上で述べたように、生成されるエネルギーの量は、コンバータ パネルの構造とその製造材料によって異なります。

さらに、太陽光発電インバーターの効率は以下によって決まります。

• 太陽放射の力。 したがって、太陽活動が低下すると、太陽光発電設備の出力が低下します。 夜間に消費者にエネルギーを供給するために、特別なバッテリーが付属しています。
• 気温。 したがって、冷却装置を備えたソーラーパネルは生産性が高くなります。パネルを加熱すると、エネルギーを電流に変換する能力に悪影響を及ぼします。 したがって、霜が降りる晴天の場合、太陽電池の効率は晴天で暑い天候よりも高くなります。
• 装置の傾斜角度と太陽光の入射。 最大限の効率を確保するには、ソーラーパネルを太陽の放射に直接向ける必要があります。 最も効果的なモデルは、太陽の位置に応じて傾斜レベルを変更できるモデルです。
• 気象条件。 実際には、曇りや雨の天気の地域では、太陽光発電コンバータの効率が晴天の地域よりもはるかに低いことが知られています。

さらに、太陽光発電コンバータの効率は、その清浄度のレベルにも影響されます。 デバイスが生産的に動作するためには、そのプレートが可能な限り多くの太陽放射を消費する必要があります。 これは、デバイスがきれいな場合にのみ実行できます。

画面に雪、ほこり、汚れが蓄積すると、デバイスの効率が 7% 低下する可能性があります。

汚れの程度に応じて、年に 1 ～ 4 回スクリーンを洗浄することをお勧めします。 この場合、ノズル付きホースを使用して掃除できます。 コンバータ要素の技術検査は 3 ～ 4 か月ごとに実行する必要があります。

平方メートルあたりの太陽光発電量

上で述べたように、平均して、1 平方メートルの太陽光発電コンバータは、そこに当たる太陽光線の電力の 13 ～ 18% を生成します。 つまり、最も有利な条件下では、 平方メートルソーラーパネルは130〜180ワットを生成できます。

太陽光発電システムの出力は、パネルを増やし、太陽光発電コンバータの面積を増やすことで増加できます。

より効率の高いパネルを設置することで、より多くの電力を得ることができます。 しかし、入手可能な太陽電池の効率は（例えば誘導変換器と比較して）むしろ低いことが、太陽電池の普及に対する主な障害となっている。 太陽光発電システムの出力と効率を向上させることは、現代エネルギーの主要な課題です。

最も効率的なソーラーパネル: 評価

現在最も効率的な太陽光発電コンバータはシャープによって製造されています。 3層構造でパワフル、集中力アップ ソーラーパネル効率は44.4%です。 コストが信じられないほど高いため、航空宇宙産業でのみ使用されています。

最も手頃な価格で効果的なのは、次の会社の最新のソーラーパネルです。

• パナソニック エコソリューションズ;
• ファーストソーラー;
• ミアソール;
• ジンコソーラー;
• トリナ・ソーラー;
• インリー・グリーン;
• ルネソラ;
• カナディアンソーラー。

Sun Power は、効率 21.5% の最も信頼性の高い太陽光発電インバータを製造しています。 同社の製品は商業施設や産業施設で Q-Cells のデバイスに次いで絶対的な人気を誇っています。

ソーラーパネルの効率（ビデオ）

最新のソーラーパネルは、無尽蔵の冷却剤を備えた環境に優しいエネルギー変換装置として人気が高まっています。 すでに今日、光電変換器を備えたデバイスが家庭用（携帯電話、タブレットの充電）に使用されています。 効率 太陽光発電設備まだ劣っている 別の方法エネルギーを得るということ。 しかし、コンバータの効率を高めることは、現代のエネルギーの主要な課題です。