To forskjellige typer solcellepaneler: solcellepaneler (øverst) og termiske (nederst) installert på taket. |
Et solcellepanel, solcelleplate eller solcellemodul er en enhet som fanger opp energien til solstråling for bruk. Begrepet inkluderer solfangere , vanligvis brukt til å produsere varmt vann til husholdningsbruk gjennom termisk solenergi , og fotovoltaiske paneler , som brukes til å generere elektrisitet gjennom fotovoltaisk solenergi . [ 1 ]
En solvarmer bruker solens energi til å varme opp en væske, som overfører varmen til en varmelagringstank. Disse enhetene kan være av to hovedtyper: solfangere, som er enheter der vann sirkulerer gjennom dem for oppvarming, men det er ikke lagret i solvarmeren. Mange ganger i disse systemene er det installert en tank inne i hjemmet eller industrien for lagring av varmt vann. Den andre typen er solvarmere, også kalt solvarmere eller solvarmevannstanker. I disse enhetene lagres også vannet slik at det kan brukes for eksempel om natten når solenergi ikke er tilgjengelig. [ 2 ] Det er en enkel og effektiv måte å utnytte solenergi på.
Fotovoltaiske paneler eller fotovoltaiske plater består av mange celler som konverterer sollys til elektrisitet . Cellene kalles noen ganger fotovoltaiske celler . Disse cellene er avhengige av den fotovoltaiske effekten fordi lysenergi produserer positive og negative ladninger i to nabohalvledere av forskjellige typer, og dermed produserer et elektrisk felt som er i stand til å generere en strøm.
Materialer for solceller er vanligvis krystallinsk silisium eller galliumarsenid . Galliumarsenidkrystaller er laget spesielt for fotovoltaisk bruk, mens silisiumkrystaller er tilgjengelige i billigere, standardiserte ingots produsert hovedsakelig for forbruk av mikroelektronikkindustrien . Polykrystallinsk silisium har lavere konverteringseffektivitet, men også lavere kostnad.
Når den utsettes for direkte sollys, kan en silisiumcelle med en diameter på 6 cm produsere en strøm på rundt 0,5 A ved 0,5 V (tilsvarer et gjennomsnitt på 90 W/m², i et felt på typisk 50-150 W/m², avhengig av solens lysstyrke og celleeffektivitet). Galliumarsenid er mer effektivt enn silisium, men også dyrere.
De mest brukte silisiumcellene i solcellepaneler kan deles inn i tre underkategorier:
Krystallinske blokker kuttes i skivetynne skiver, polert for å eliminere mulig skade fra kutting. Dopingmidler - urenheter tilsatt for å modifisere ledende egenskaper - introduseres i skivene, og metalliske ledere avsettes på hver overflate: et fint rutenett på sollyssiden og vanligvis et flatt ark på den andre. Solcellepaneler bygges med disse cellene gruppert på passende måte. For å beskytte dem mot skade, forårsaket av stråling eller håndtering, dekkes de med et glassdeksel på frontoverflaten og limes på et underlag - som kan være et stivt panel eller et mykt teppe. Serieparallelle elektriske koblinger er laget for å stille inn den totale utgangsspenningen. Limet og underlaget må være termisk ledende, da cellene varmes opp ved å absorbere infrarød energi som ikke omdannes til elektrisitet. Siden celleoppvarming reduserer driftseffektiviteten, er det ønskelig å minimere den. De resulterende monteringene kalles solcellepaneler.
Strukturene for å forankre solcellepanelene er vanligvis laget av aluminium med rustfrie stålskruer for å sikre maksimal letthet og større holdbarhet over tid. Strukturene har standardmål for overflate, orientering og helning — både horisontalt og vertikalt —.
Strukturen består vanligvis av aluminiumsvinkler , en festeskinne, en trekant, forankringsskruer (trekantvinkel), en unbrakonskrue ( vanligvis en firkantmutter , for å feste modulen) og en zeta-klemme – for å feste modulen og hvis dimensjoner avhenger av tykkelsen på modulen—. [ 3 ]
De skylder romfartsindustrien sitt utseende , og har blitt det mest pålitelige middelet for å levere elektrisk kraft til en satellitt eller en sonde i de indre banene til solsystemet , takket være den større solinnstrålingen uten å hindre atmosfæren og dens høye kraft til vekt forhold .
På land brukes denne typen energi til å drive utallige autonome enheter, til å forsyne tilfluktsrom eller hus isolert fra strømnettet, og til å produsere strøm i stor skala gjennom distribusjonsnettverk. På grunn av den økende etterspørselen etter fornybar energi , har produksjonen av solceller og solcelleanlegg gått betydelig frem de siste årene. [ 4 ] [ 5 ]
Mellom 2001 og 2012 var det en eksponentiell vekst i produksjonen av solcelleenergi, og doblet tallet omtrent hvert annet år. [ 6 ] I 2020, ifølge data fra Red Electrica de España (REE), sto fornybar energi for mer enn halvparten av energien som ble produsert, nærmere bestemt 54 % av den totale produksjonen. Blant fornybare energikilder produserte solceller 10,6 % av totalen, et tall som representerer en rekord sammenlignet med tidligere år.
Det er beregnet at innen år 2030 er det mulig å gå fra dagens 13,4 GW installert effekt i Spania til 39 GW.
Eksperimentelt har de også blitt brukt til å drive solenergibiler , for eksempel i World Solar Challenge gjennom Australia eller Atacama Solar Race i Amerika . Mange skip [ 7 ] [ 8 ] og landkjøretøyer bruker dem til å lade batteriene autonomt, langt fra strømnettet.
Økonomiske insentivprogrammer, først og senere solcellesystemer og nettobalanse uten subsidier , har støttet installasjonen av solceller i et stort antall land, og har bidratt til å unngå utslipp av en større mengde klimagasser . [ 9 ]
Verdens ti største produsenter av solcellepaneler (etter produksjon i MW ) i 2015 var: [ 10 ]
100 200 300 400 2007 2009 2011 2013 2015 |
Installert verdens fotovoltaiske kapasitet frem til 2016, i gigawatt (GW), uttrykt etter region. [ 11 ] [ 12 ]
Europa Stillehavet Asia Nord- og Sør-Amerika Kina Afrika og Midtøsten Resten av verden |
Effekten til en solcellemodul måles i W p ( Watt peak , peak watt ), eller mer spesifikt, i deres respektive multipler: kW p eller MW p . Dette er den elektriske kraften som genereres under standardforhold for lysinnfall.
Historisk sett ledet USA installasjonen av solcelleanlegg fra starten til 1996, da den installerte kapasiteten nådde 77 MW, mer enn noe annet land til dags dato. I de påfølgende årene ble de forbigått av Japan , som holdt ledelsen inntil i sin tur ble forbigått av Tyskland i 2005, og holdt ledelsen siden den gang. I begynnelsen av 2016 nærmet Tyskland seg 40 GW installert. [ 13 ] Men rundt denne tiden gikk Kina , et av landene der solcelleanlegg opplever den raskeste veksten, forbi Tyskland, og ble den største produsenten av solcelleanlegg i verden siden den gang. [ 13 ] Det forventes å multiplisere sin nåværende installerte kapasitet til 150 GW i 2020. [ 11 ] [ 14 ] [ 15 ]
På slutten av 2015 ble det anslått at rundt 230 GW solcellekraft var installert på verdensbasis. [ 16 ]
Store planterDet er bygget et stort antall storskala solcellekraftverk i Europa og resten av verden. [ 17 ] På slutten av 2016 var de største solcelleanleggene i verden, i denne rekkefølgen: [ 17 ]
Prosjekt | Land |
Makt |
År |
---|---|---|---|
Yanchi Solar PV Station | Kina | 1000MW | 2016 |
Longyangxia Hydro-solar PV-stasjon | Kina | 850 MW | 2013-2015 |
Kamuthi solenergiprosjekt | India | 648 MW | 2016 |
Solstjerne | USA | 579 MW | 2015 |
Desert Sunlight Solar Farm | USA | 550 MW | 2015 |
Topaz Solar Farm | USA | 550 MW | 2014 |
Copper Mountain III solenergianlegg | USA | 350 MW | 2015 |
Charanka Solar Park | India | 345 MW | 2012-2015 |
Solkraftverkskurver | Frankrike | 300 MW | 2015 |
Varmtvannssolenergiprosjekt | USA | 290MW | 2012 |
Silver State South Solar | USA | 250 MW | 2016 |
California Valley Solar Ranch | USA | 250 MW | 2013 |
Rosmarinen | Chili | 246 MW | 2016 |
Antelope Valley Solar | USA | 230 MW | 2015 |
Monter Signal Solar | USA | 206 MW | 2014 |
Gonghe industripark fase I | Kina | 200 MW | 2013 |
Golmud Solar Park | Kina | 200 MW | 2011 |
Solar Sentinel | USA | 200 MW | 2014 |
Copper Mountain II solenergianlegg | USA | 195 MW | 2013-2015 |
Solarpark Senftenberg/Schipkau | Tyskland | 168 MW | 2011 |
Kostnaden for solcellepaneler har vært jevnt nedadgående siden de første kommersielle solcellene ble produsert [ 18 ] og deres gjennomsnittlige kostnad for elektrisitetsproduksjon er allerede konkurransedyktig med konvensjonelle energikilder i et økende antall geografiske regioner, og når nettverksparitet . [ 19 ] [ 20 ]
Fram til 2005 var det viktigste problemet med solcellepaneler kostnadene, som gikk ned til 3 eller 4 $/W. Prisen på silisium brukt for de fleste paneler hadde en kort oppadgående trend i 2008, noe som fikk produsentene til å bytte til andre materialer og tynnere silisiumpaneler for å senke produksjonskostnadene. På grunn av stordriftsfordeler blir solcellepaneler rimeligere ettersom flere brukes og produseres. Etter hvert som produksjonen har økt, har prisene fortsatt å falle og alle prognoser tyder på at de vil fortsette å gjøre det i årene som kommer.
Kostnaden for krystallinske silisiumsolceller har falt fra $76,67/Wp i 1977 til rundt $0,36 / Wp i 2014 . [ 21 ] [ 22 ] Denne trenden følger den såkalte " Swansons lov ", en prediksjon som ligner på den velkjente Moores lov , som sier at prisene på solcellemoduler faller med 20 % hver gang kapasiteten dobles. industri. [ 23 ]
De fleste solcellepaneler kan behandles. Takket være teknologiske innovasjoner som har blitt utviklet de siste årene, kan opptil 95 % av visse halvledermaterialer og glass, samt store mengder jernholdige og ikke-jernholdige metaller brukt i moduler, gjenvinnes. [ 24 ] Noen private selskaper [ 25 ] og ideelle organisasjoner, som PV CYCLE i EU, jobber for tiden med innsamling og resirkulering av utrangerte paneler.
To av de vanligste resirkuleringsløsningene er:
Siden 2010 har det vært holdt en årlig konferanse i Europa som samler produsenter, gjenvinnere og forskere for å diskutere fremtiden for resirkulering av PV-moduler. I 2012 fant det sted i Madrid. [ 27 ] [ 28 ]