Panel solárních článků - Solar cell panel

Solární pole namontované na střeše

Solární panel , solární elektrický panel , foto-fotovoltaickými moduly (PV) , nebo jen solární panel je sestava z fotovoltaických článků, namontován v rámci montáže. Solární panely používají sluneční záření jako zdroj energie k výrobě stejnosměrného proudu elektřiny . Sbírka FV modulů se nazývá FV panel a systém FV panelů se nazývá pole . Pole fotovoltaického systému dodávají solární elektřinu do elektrických zařízení.

Dějiny

V roce 1839 Alexandre-Edmond Becquerel poprvé pozoroval schopnost některých materiálů vytvářet elektrický náboj z expozice světla .

Ačkoli tyto počáteční solární panely byly příliš neúčinné i pro jednoduchá elektrická zařízení, byly použity jako nástroj pro měření světla.

Pozorování Becquerelem bylo znovu replikováno až v roce 1873, kdy Willoughby Smith zjistil, že náboj může být způsoben světlem dopadajícím na selen. Po tomto objevu William Grylls Adams a Richard Evans Day v roce 1876 publikovali „Působení světla na selen“, popisující experiment, který použili k replikaci Smithových výsledků.

V roce 1881 vytvořil Charles Fritts první komerční solární panel, který Fritts označil jako „nepřetržitý, konstantní a značnou silou nejen vystavením slunečnímu světlu, ale také tlumenému, rozptýlenému dennímu světlu“. Tyto solární panely však byly velmi neefektivní, zejména ve srovnání s uhelnými elektrárnami.

V roce 1939 vytvořil Russell Ohl design solárních článků, který se používá v mnoha moderních solárních panelech. Patentoval svůj design v roce 1941.

V roce 1954 tento design poprvé použila společnost Bell Labs k vytvoření prvního komerčně životaschopného křemíkového solárního článku. V roce 1957, Mohamed M. Atalla vyvinula proces křemíku pasivaci povrchu od tepelné oxidace v Bell Labs. Proces povrchové pasivace je od té doby kritický pro účinnost solárních článků .

Teorie a konstrukce

Fotovoltaické moduly využívají světelnou energii ( fotony ) ze Slunce k výrobě elektřiny prostřednictvím fotovoltaického efektu . Většina moduly oplatek na bázi krystalického křemíku buněk nebo tenkovrstvé buňky . Konstrukčním ( nosným ) členem modulu může být buď horní vrstva, nebo zadní vrstva. Buňky musí být chráněny před mechanickým poškozením a vlhkostí. Většina modulů je tuhá, ale jsou k dispozici i poloflexibilní na bázi tenkovrstvých buněk. Články jsou obvykle elektricky zapojeny do série, jedna k druhé na požadované napětí, a poté paralelně ke zvýšení proudu. Výkon (ve wattech ) modulu je matematický součin napětí (ve voltech ) a proud (v ampérech ) modulu. Výrobní specifikace solárních panelů jsou získány za standardních podmínek, které nejsou skutečnými provozními podmínkami, kterým jsou solární panely vystaveny v místě instalace.

Na zadní straně solárního panelu je připevněna fotovoltaická spojovací skříňka, která funguje jako jeho výstupní rozhraní. Externí připojení pro většinu fotovoltaických modulů využívá konektory MC4, které usnadňují snadné připojení ke zbytku některého systému odolného vůči povětrnostním vlivům. Lze použít také napájecí rozhraní USB.

Pořadí připojení modulu

Elektrická připojení modulu jsou prováděna v sérii pro dosažení požadovaného výstupního napětí nebo paralelně pro zajištění požadované proudové kapacity (ampéry) solárního panelu nebo FV systému. Vodivé vodiče, které odebírají proud z modulů, jsou dimenzovány podle jmenovitého proudu a mohou obsahovat stříbro, měď nebo jiné nemagnetické vodivé přechodové kovy. Bypass diody mohou být začleněny nebo použity externě, v případě částečného stínování modulu, pro maximalizaci výkonu stále osvětlených sekcí modulu.

Některé speciální solární FV moduly obsahují koncentrátory, ve kterých je světlo zaostřeno čočkami nebo zrcadly na menší články. To umožňuje nákladově efektivní využití článků s vysokými náklady na jednotku plochy (například arsenid galia ).

Solární panely také používají kovové rámy skládající se z regálových komponent, držáků, tvarů reflektorů a žlabů, aby lépe podporovaly strukturu panelu.

Typy solárních panelů

Tři typy solárních panelů. Každý z těchto typů solárních článků je vyroben jedinečným způsobem a má jiný estetický vzhled.

  1. Mono krystalický
  2. Poly krystalický
  3. Tenkovrstvé solární panely

Účinnost

Hlášená časová osa účinnosti přeměny energie solárních modulů od roku 1988 ( National Renewable Energy Laboratory )

Každý modul je hodnocen svým stejnosměrným výstupním výkonem za standardních testovacích podmínek (STC), a proto se výstupní výkon na poli může lišit. Výkon se obvykle pohybuje od 100 do 365 W (W). Účinnost modulu určuje oblast modulu daného stejný jmenovitý výkon - 8% účinnost 230 W modul bude mít dvojnásobek plochy 16% účinné 230 W modulu. Některé komerčně dostupné solární moduly přesahují účinnost 24%. V současné době je nejlepší dosažená míra konverze slunečního světla (účinnost solárních modulů) kolem 21,5% v nových komerčních produktech, obvykle nižší než účinnost jejich článků v izolaci. Nejúčinnější sériově vyráběné solární moduly mají hodnoty hustoty výkonu až 175 W/m 2 (16,22 W/ft 2 ).

Vědci ze společnosti Spectrolab, dceřiné společnosti Boeingu , oznámili vývoj víceúčelových solárních článků s účinností více než 40%, což je nový světový rekord v solárních fotovoltaických článcích. Vědci společnosti Spectrolab také předpovídají, že solární články koncentrátoru mohou v budoucnu dosáhnout účinnosti více než 45% nebo dokonce 50%, přičemž teoretická účinnost je asi 58% v článcích s více než třemi křižovatkami.

Faktor kapacity solárních panelů je omezen především geografickou šířkou a výrazně se liší v závislosti na oblačnosti, prašnosti, délce dne a dalších faktorech. Ve Velké Británii se faktor sezónní kapacity pohybuje od 2% (prosinec) do 20% (červenec) s průměrným faktorem roční kapacity 10–11%, zatímco ve Španělsku dosahuje hodnota 18%. Celosvětově činil kapacitní faktor pro fotovoltaické farmy v užitkovém měřítku v roce 2019 16,1%.

Účinnost závislá na záření

V závislosti na konstrukci mohou fotovoltaické moduly vyrábět elektřinu z řady frekvencí světla , ale obvykle nemohou pokrýt celý rozsah slunečního záření (konkrétně ultrafialové , infračervené a nízké nebo rozptýlené světlo). Proto je velká část dopadající sluneční energie plýtvána solárními moduly a pokud jsou osvětleny monochromatickým světlem , mohou poskytnout mnohem vyšší účinnost . Proto je dalším návrhovým konceptem rozdělení světla do šesti až osmi různých rozsahů vlnových délek, které budou produkovat jinou barvu světla, a nasměrování paprsků na různé buňky naladěné na tyto rozsahy. Předpokládá se, že toto může zvýšit účinnost o 50%.

Pole FV modulů

Jeden solární modul může produkovat pouze omezené množství energie; většina instalací obsahuje více modulů přidávajících napětí nebo proud do kabeláže a FV systému. Fotovoltaický systém obvykle obsahuje řadu fotovoltaických modulů, střídač , bateriovou sadu pro skladování energie, regulátor nabíjení, propojovací kabely, jističe, pojistky, odpojovací spínače, měřiče napětí a volitelně mechanismus sledování sluneční energie . Zařízení je pečlivě vybíráno tak, aby optimalizovalo výkon, skladování energie, snižovalo ztráty energie při přenosu energie a převod z stejnosměrného proudu na střídavý.

Hliníkové nanočástice

Výzkum Imperial College London ukázal, že účinnost solárního panelu je zlepšena studding přijatého světla polovodičový povrch s hliníkovými nanocylinders, podobně jako hřebeny na Lego bloků . Rozptýlené světlo pak cestuje podél delší dráze v polovodiči, absorbovat více fotony, které mají být převedeny na proud. Ačkoli tyto nanočástice byly použity již dříve (hliníku předcházelo zlato a stříbro ), k rozptylu světla došlo v blízké infračervené oblasti a viditelné světlo bylo silně absorbováno. Bylo zjištěno, že hliník absorboval ultrafialovou část spektra, zatímco viditelné a blízké infračervené části spektra byly rozptýleny hliníkovým povrchem. Výzkum tvrdil, že by to mohlo výrazně snížit náklady a zlepšit účinnost, protože hliník je hojnější a méně nákladný než zlato a stříbro. Výzkum rovněž poznamenal, že nárůst proudu činí tenkovrstvé solární panely technicky proveditelnými, aniž by „byla ohrožena účinnost přeměny energie, čímž by se snížila spotřeba materiálu“.

  • Účinnost solárního panelu lze vypočítat z hodnoty MPP (maximální bod výkonu) solárních panelů.
  • Solární střídače převádějí stejnosměrný výkon na střídavý výkon prováděním procesu sledování bodu maximálního výkonu (MPPT): solární invertor vzorkuje výstupní výkon (křivka IV) ze solárního článku a aplikuje na solární články správný odpor (zátěž), ​​aby získal maximální Napájení.
  • MPP (Maximum power point) solárního panelu se skládá z napětí MPP (V mpp) a MPP proudu (I mpp): je to kapacita solárního panelu a vyšší hodnota může způsobit vyšší MPP.

Mikroinvertované solární panely jsou zapojeny paralelně , což produkuje větší výkon než běžné panely zapojené do série , přičemž výkon řady je určen panelem s nejnižší účinností. Toto je známé jako „vánoční světelný efekt“. Mikropřevodníky pracují nezávisle, aby každý panel mohl přispět svým maximálním možným výkonem pro dané množství slunečního světla.

Technologie

Podíl fotovoltaických technologií na trhu od roku 1990

Většina solárních modulů je v současné době vyráběna ze solárních článků z krystalického křemíku (c-Si) vyrobených z multikrystalického a monokrystalického křemíku . V roce 2013 krystalický křemík představoval více než 90 procent celosvětové produkce FVE, zatímco zbytek celkového trhu tvoří tenkovrstvé technologie využívající telurid kadmia , CIGS a amorfní křemík

Rozvíjející se solární technologie třetí generace využívají pokročilé tenkovrstvé články. Ve srovnání s jinými solárními technologiemi produkují relativně nízkou účinnost přeměny za nízké náklady. Také ve slunečních panelech na kosmických lodích se přednostně používají vysoce nákladné, vysoce účinné a těsně zabalené obdélníkové vícenásobné (MJ) články , protože nabízejí nejvyšší poměr generované energie na kilogram vynesený do vesmíru. Články MJ jsou složené polovodiče a jsou vyrobeny z arzenidu galia (GaAs) a dalších polovodičových materiálů. Další objevující se fotovoltaickou technologií využívající články MJ je koncentrátorová fotovoltaika (CPV).

Tenký film

V tuhých tenkovrstvých modulech jsou buňka a modul vyráběny na stejné výrobní lince. Buňka se vytvoří na skleněném substrátu nebo superstrátu a elektrická spojení se vytvoří in situ , takzvaná „monolitická integrace“. Substrát nebo superstrát je laminován enkapsulátem na přední nebo zadní tabuli , obvykle další tabuli skla. Hlavní buněčné technologie v této kategorii jsou CdTe nebo a-Si nebo a-Si+uc-Si tandem nebo CIGS (nebo varianta). Amorfní křemík má míru přeměny slunečního světla 6–12%.

Flexibilní tenkovrstvé články a moduly jsou vytvářeny na stejné výrobní lince ukládáním fotoaktivní vrstvy a dalších nezbytných vrstev na pružný substrát . Pokud je substrátem izolátor (např. Polyesterový nebo polyimidový film), lze použít monolitickou integraci. Pokud se jedná o vodič, musí být použita jiná technika pro elektrické připojení. Buňky jsou sestaveny do modulů jejich laminováním na průhledný bezbarvý fluoropolymer na přední straně (obvykle ETFE nebo FEP ) a polymerem vhodným pro spojení s konečným substrátem na druhé straně.

Inteligentní solární moduly

Několik společností začalo vkládat elektroniku do FV modulů. To umožňuje provádět MPPT pro každý modul jednotlivě a měření výkonových dat pro monitorování a detekci poruch na úrovni modulu. Některá z těchto řešení využívají optimalizátory výkonu , technologii převaděče DC-DC vyvinutou za účelem maximalizace sklizně energie ze solárních fotovoltaických systémů. Zhruba od roku 2010 může taková elektronika také kompenzovat efekty stínování, přičemž stín dopadající na část modulu způsobí, že elektrický výkon jednoho nebo více řetězců buněk v modulu klesne na nulu, ale nebude mít výstup celý modul spadl na nulu.

Výkon a degradace

Skutečný výkon ve voltech, ampérech a wattech ze 100 W solárního modulu v August.jpg
Tento graf ilustruje vliv mraků na produkci sluneční energie.

Modul výkon je obvykle hodnotí za standardních testovacích podmínek (STC): ozáření z 1000 W / m 2 , sluneční spektrum z AM 1,5 a teplota modul při teplotě 25 ° C. Skutečné napětí a proudový výstup modulu se mění podle toho, jak se mění osvětlení, teplota a podmínky zatížení, takže nikdy neexistuje jedno konkrétní napětí, při kterém modul pracuje. Výkon se liší v závislosti na geografické poloze, denní době, dni v roce, množství slunečního záření , směru a náklonu modulů, oblačnosti, stínění, znečištění , stavu nabití a teplotě.

Pro optimální výkon musí být solární panel vyroben z podobných modulů orientovaných ve stejném směru kolmém na přímé sluneční světlo. Bypass diody se používají k obcházení rozbitých nebo zastíněných panelů a optimalizaci výkonu. Tyto obtokové diody jsou obvykle umístěny podél skupin solárních článků, aby vytvořily souvislý tok.

Elektrické charakteristiky zahrnují jmenovitý výkon (P MAX , měřeno ve W ), napětí naprázdno (V OC ), zkratový proud (I SC , měřeno v ampérech ), maximální napájecí napětí (V MPP ), maximální výkonový proud (I MPP ), špičkový výkon, ( watt-peak , W p ) a účinnost modulu (%).

Napětí naprázdno nebo V OC je maximální napětí, které může modul produkovat, když není připojen k elektrickému obvodu nebo systému. V OC lze měřit voltmetrem přímo na svorkách osvětleného modulu nebo na jeho odpojeném kabelu.

Maximální výkon, W p , je maximální výkon za standardních testovacích podmínek (nikoli maximální možný výkon). Typické moduly, které by mohly měřit přibližně 1 krát 2 metry (3 stopy × 7 stop), budou hodnoceny od 75 W do 600 W v závislosti na jejich účinnosti. V době testování jsou testovací moduly seskupeny podle jejich výsledků testů a typický výrobce může hodnotit své moduly v krocích po 5 W a buď je hodnotit +/- 3%, +/- 5%, +3/ -0% nebo +5/-0%.

Schopnost solárních modulů odolávat poškození deštěm, krupobitím , silným sněhovým zatížením a cykly tepla a chladu se liší podle výrobce, přestože většina solárních panelů na americkém trhu je uvedena v seznamu UL, což znamená, že prošly testováním, aby odolávaly krupobití.

Potenciálně indukovaná degradace (také nazývaná PID) je potenciálně indukovaná degradace výkonu v krystalických fotovoltaických modulech způsobená takzvanými bludnými proudy. Tento efekt může způsobit ztrátu energie až o 30%.

Největší výzvou pro fotovoltaickou technologii je pořizovací cena za watt vyrobené elektřiny. Pokroky ve fotovoltaických technologiích přinesly proces „dopování“ křemíkového substrátu ke snížení aktivační energie, čímž se panel stal účinnějším v převodu fotonů na získatelné elektrony.

Do polovodičového krystalu se aplikují chemikálie, jako je bór (typ p), aby se vytvořily hladiny energie dárce a akceptora podstatně blíže valenčním a vodičovým pásmům. Přitom přidání borové nečistoty umožňuje dvacetinásobné snížení aktivační energie z 1,12 eV na 0,05 eV. Protože rozdíl potenciálu (E B ) je tak nízký, je bor schopen tepelně ionizovat při pokojových teplotách. To umožňuje volné nosiče energie ve vodivých a valenčních pásmech, což umožňuje větší konverzi fotonů na elektrony.

Údržba

Účinnost přeměny solárních panelů, typicky v rozmezí 20%, je snížena akumulací prachu, špíny, pylu a dalších částic na solárních panelech , souhrnně označovaných jako znečištění . „Špinavý solární panel může snížit své energetické schopnosti až o 30% v oblastech s vysokou prašností/pylem nebo pouští“, říká Seamus Curran, docent fyziky na univerzitě v Houstonu a ředitel Institutu pro nanoenergii, který se specializuje na návrh, inženýrství a montáž nanostruktur. Průměrná ztráta znečištění na světě v roce 2018 se odhaduje na minimálně 3% - 4%.

Platba za čištění solárních panelů je od roku 2019 dobrou investicí v mnoha regionech. V některých regionech však čištění není nákladově efektivní. V Kalifornii byly od roku 2013 finanční ztráty způsobené ušpiněním jen zřídka natolik, aby byly zárukou nákladů na mytí panelů. Panely v Kalifornii ztratily v průměru o něco méně než 0,05% své celkové účinnosti za den.

Při instalaci a údržbě solárních panelů existuje také pracovní riziko . Ptačí hnízda a další úlomky, které se mohou dostat pod solární panely, což může způsobit narušení systému, vést k požáru, pokud jsou nějaká uvolněná spojení, nebo jen způsobit, že se systém časem degraduje.

Studie z roku 2015–2018 ve Velké Británii zkoumala 80 případů požáru souvisejících s fotovoltaickými články, přičemž více než 20 „vážných požárů“ bylo přímo způsobeno instalací fotovoltaických zařízení, včetně 37 domácích budov a 6 solárních farem. V ⅓ incidentů nebyla stanovena hlavní příčina, většina ostatních byla způsobena špatnou instalací, vadným produktem nebo problémy s designem. Nejčastějším jediným prvkem způsobujícím požár byly DC izolátory.

Studie z roku 2021 od společnosti kWh Analytics stanovila medián roční degradace FV systémů na 1,09% u bytových a 0,8% u nebytových systémů, což je téměř dvakrát více, než se dříve předpokládalo. Studie spolehlivosti modulů PVEL zjistila rostoucí trend poruchovosti solárních modulů, přičemž 30% výrobců zaznamenalo bezpečnostní poruchy související se spojovacími krabicemi (růst z 20%) a 26% selhání kusovníků (růst z 20%).

Odpad a recyklace

Solární články CdTe a CIGS obsahují kadmium, toxický těžký kov se sklonem k akumulaci v potravinovém řetězci. Pájka použitá při instalaci také obsahuje olovo . Zbylé fotovoltaické panely mohou kontaminovat půdu, jak se to stalo v roce 2013, kdy americká solární farma Solyndra v bankrotu zanechala rozbité panely na místě. Studie IRENA 2016 odhaduje množství fotovoltaického odpadu na 78 milionů tun do roku 2050. Většinu částí solárního modulu lze recyklovat, včetně až 95% určitých polovodičových materiálů nebo skla a také velkého množství železných a neželezných kovů. Některé soukromé společnosti a neziskové organizace se v současné době zabývají zpětným odběrem a recyklací modulů po skončení životnosti. Právní předpisy EU vyžadují, aby výrobci zajistili správnou recyklaci svých solárních panelů. Podobná legislativa probíhá v Japonsku , Indii a Austrálii .

Studie Harvard Business Review z roku 2021 naznačuje, že do roku 2035 vyřazené panely převáží nové jednotky faktorem 2,56 a náklady na recyklaci jednoho fotovoltaického panelu do té doby dosáhnou 20-30 $, což by zvýšilo LCOE PV o faktor 4 . Při analýze amerického trhu, kde od roku 2021 neexistují žádné právní předpisy podobné EU, společnost HBR poznamenala, že náklady na odeslání na skládku činí pouhé 1–2 dolary a existuje značná finanční pobídka k vyřazení vyřazených panelů nebo k jejich odeslání na low-tech demontáž v zemích s nízkými příjmy, přičemž velká část toxických prvků skončí uvolněním do životního prostředí, zatímco povinná legislativa o recyklaci by

Možnosti recyklace závisí na druhu technologie použité v modulech:

  • Moduly na bázi křemíku: hliníkové rámy a spojovací krabice jsou demontovány ručně na začátku procesu. Modul se poté rozdrtí v mlýně a oddělí se různé frakce - sklo, plasty a kovy. Je možné obnovit více než 80% příchozí hmotnosti. Tento proces mohou provádět recyklátory plochého skla, protože morfologie a složení fotovoltaického modulu je podobné plochým sklům používaným ve stavebnictví a automobilovém průmyslu. Například regenerované sklo je snadno přijatelné průmyslem skelné pěny a izolace skla.
  • Moduly, které nejsou na bázi křemíku: vyžadují speciální recyklační technologie, jako je použití chemických lázní k oddělení různých polovodičových materiálů. U modulů teluridu kadmia začíná proces recyklace rozdrcením modulu a následným oddělením různých frakcí. Tento proces recyklace je určen k regeneraci až 90% skla a 95% obsažených polovodičových materiálů. Některá zařízení na recyklaci v komerčním měřítku byla v posledních letech vytvořena soukromými společnostmi. Pro hliníkový plochý reflektor: trendovost reflektorů byla vyvolána jejich výrobou pomocí tenké vrstvy (přibližně 0,016 mm až 0,024 mm) hliníkového povlaku přítomného uvnitř nerecyklovaných plastových obalů na potraviny.

Od roku 2010 se každoročně koná evropská konference, na které se setkávají výrobci, recyklátoři a výzkumní pracovníci, aby se podívali na budoucnost recyklace fotovoltaických modulů.

Výroba

Nejlepší výrobci FV systémů podle dodané kapacity v gigawattech
Výrobce modulů Zásilky
v roce 2019
( GW )
Jinko Solar 14.2
JA Solar 10.3
Trina Solar 9.7
LONGi Solar 9.0
Canadian Solar 8.5
Hanwha Q buňky 7.3
Vzkříšená energie 7.0
První sluneční 5.5
Systém GCL 4.8
Shunfeng Photovoltaic 4,0

Výroba fotovoltaických systémů se řídila klasickým efektem křivky učení , přičemž k výraznému snížení nákladů došlo současně s velkým nárůstem účinnosti a produkce.

Podle Mezinárodní energetické agentury (IEA) bylo v roce 2019 dokončeno 114,9 GW instalací solárních FV systémů.

S více než 100% meziročním růstem instalace FV systémů výrobci fotovoltaických modulů v roce 2019 dramaticky zvýšili dodávky solárních modulů. Aktivně rozšířili svoji kapacitu a proměnili se v hráče GW v gigawattech . Podle společnosti Pulse Solar zaznamenalo pět z deseti nejlepších společností vyrábějících fotovoltaické moduly v roce 2019 nárůst výroby solárních panelů nejméně o 25% ve srovnání s rokem 2019.

Základ výroby solárních panelů se točí kolem použití křemíkových článků. Tyto křemíkové články mají obvykle 10–20% účinnost při přeměně slunečního světla na elektřinu, přičemž novější výrobní modely nyní přesahují 22%. Aby byly solární panely účinnější, vědci z celého světa se snaží vyvinout nové technologie, které by solární panely zefektivnily při přeměně slunečního světla na energii.

V roce 2018 patřilo mezi pět nejlepších světových výrobců solárních modulů z hlediska dodané kapacity v kalendářním roce 2018 společnosti Jinko Solar , JA Solar , Trina Solar , Longi Solar a Canadian Solar .

Cena

Swansonův zákon uvádí, že při každém zdvojnásobení výroby panelů došlo ke snížení nákladů na panely o 20 procent.

Cena solární elektrické energie nadále klesá, takže v mnoha zemích je od roku 2012 levnější než běžná elektřina z fosilních paliv z elektrické sítě , což je jev známý jako parita sítě .

Informace o průměrných cenách se dělí do tří cenových kategorií: ti, kteří nakupují malá množství (moduly všech velikostí v rozsahu kilowattů ročně), kupující ve středním rozsahu (obvykle až 10 MWp ročně) a velcí kupující (samozřejmost-a s přístupem za nejnižší ceny). Z dlouhodobého hlediska jednoznačně dochází k systematickému snižování cen článků a modulů. Například v roce 2012 se odhadovalo, že množství na watt bylo asi 0,60 USD, což bylo 250krát nižší než náklady v roce 1970 na 150 USD. Studie z roku 2015 ukazuje, že cena/kWh klesá od roku 1980 o 10% ročně, a předpovídá, že sluneční energie by do roku 2030 mohla přispět 20% na celkové spotřebě elektřiny, zatímco Mezinárodní energetická agentura předpovídá 16% do roku 2050.

Skutečné náklady na výrobu energie do značné míry závisí na místních povětrnostních podmínkách. V zakalené zemi, jako je Spojené království, jsou náklady na vyrobenou kWh vyšší než v slunnějších zemích, jako je Španělsko.

Krátkodobá srovnání normalizovaných nákladů prokazující hodnotu různých technologií pro výrobu elektrické energie
Dlouhodobé srovnání normalizovaných nákladů prokazující hodnotu různých technologií pro výrobu elektrické energie

Podle US Energy Information Administration se očekává, že ceny za megawatthodinu se v období 2020–2030 sblíží a dosáhnou parity s konvenčními zdroji energie. Podle EIA lze parity dosáhnout bez potřeby subvenční podpory a lze ji dosáhnout prostřednictvím mechanismů organického trhu, konkrétně snížení výrobních cen a technologického pokroku.

V návaznosti na prvky RMI , Balance-of-System (BoS), to jsou nemodulové náklady na solární moduly bez mikroinvertorů (jako kabeláž, konvertory, regálové systémy a různé komponenty) tvoří přibližně polovinu celkových nákladů na instalace.

U obchodních solárních elektráren, kde se elektřina prodává do přenosové sítě, budou náklady na sluneční energii muset odpovídat velkoobchodní ceně elektřiny. Tento bod se někdy nazývá „velkoobchodní parita sítě“ nebo „parita přípojnice“.

Některé fotovoltaické systémy, například střešní instalace, mohou dodávat energii přímo uživateli elektřiny. V těchto případech může být instalace konkurenceschopná, pokud se výstupní náklady shodují s cenou, za kterou uživatel platí za svoji spotřebu elektřiny. Této situaci se někdy říká „parita maloobchodní sítě“, „parita soketu“ nebo „parita dynamické sítě“. Výzkum provedený společností UN-Energy v roce 2012 naznačuje, že oblasti slunných zemí s vysokými cenami elektřiny, jako je Itálie, Španělsko a Austrálie, a oblasti využívající dieselové generátory dosáhly parity maloobchodní sítě.

Montáž a sledování

Solární moduly namontované na solárních sledovačích
Pracovníci instalují střešní solární panely pro obytné budovy

Pozemní fotovoltaické systémy jsou obvykle velké solární elektrárny v průmyslovém měřítku . Jejich solární moduly jsou drženy na místě pomocí stojanů nebo rámů, které jsou připevněny k pozemním montážním podpěrám. Pozemní montážní podpěry zahrnují:

  • Tyčové držáky, které jsou zapuštěny přímo do země nebo zapuštěny do betonu.
  • Základové držáky, jako jsou betonové desky nebo lité základny
  • Předřadníky, jako jsou betonové nebo ocelové základny, které pomocí závaží zajišťují systém solárních modulů na místě a nevyžadují proniknutí do země. Tento typ montážního systému je vhodný pro místa, kde není možná hloubení, jako jsou skládkované skládky, a zjednodušuje vyřazování z provozu nebo přemísťování systémů solárních modulů.

Střešní solární energetické systémy se skládají ze solárních modulů držených na místě pomocí stojanů nebo rámů připevněných k montážním podpěrám na střeše. Mezi podpěry montáže na střechu patří:

  • Držáky kolejnic, které jsou připevněny přímo ke střešní konstrukci a mohou používat přídavné kolejnice pro připevnění modulových regálů nebo rámů.
  • Zatížené úchytky, jako jsou betonové nebo ocelové základny, které pomocí závaží zajišťují panelový systém na svém místě a nevyžadují průnik. Tento způsob montáže umožňuje vyřazení nebo přemístění systémů solárních panelů bez negativního vlivu na konstrukci střechy.
  • Veškerá kabeláž spojující sousední solární moduly se zařízením na shromažďování energie musí být instalována v souladu s místními elektrickými předpisy a musí být vedena v potrubí vhodném pro klimatické podmínky

Solární sledovače zvyšují energii vyrobenou na modul za cenu mechanické složitosti a zvýšené potřeby údržby. Snímají směr Slunce a naklánějí nebo otáčejí moduly podle potřeby pro maximální expozici světlu. Alternativně pevné regály drží moduly nehybné po celý den v daném náklonu ( zenitový úhel ) a směřují k danému směru ( azimutální úhel ). Běžné jsou úhly náklonu ekvivalentní zeměpisné šířce instalace. Některé systémy mohou také upravit úhel náklonu na základě ročního období. Podobně, aby se maximalizoval celkový energetický výdej, jsou moduly často orientovány směrem na jih (na severní polokouli) nebo na sever (na jižní polokouli). Užitečná mohou být na druhé straně pole orientovaná na východ a západ (pokrývající například střechu orientovanou na východ a západ). I když taková zařízení nemusí produkovat maximální možnou celkovou energii, jejich výkon bude pravděpodobně konzistentnější po celý den a možná i větší během špičkové poptávky.

Standardy

Standardy obecně používané ve fotovoltaických modulech:

  • IEC 61215 ( výkon krystalického křemíku ), 61646 ( výkon tenkého filmu ) a 61730 (všechny moduly, bezpečnost), 61853 (testování výkonu fotovoltaických modulů a energetické hodnocení)
  • ISO 9488 Sluneční energie - slovník.
  • UL 1703 od Underwriters Laboratories
  • UL 1741 od Underwriters Laboratories
  • UL 2703 od Underwriters Laboratories
  • Označení CE
  • Tester elektrické bezpečnosti (EST) (EST-460, EST-22V, EST-22H, EST-110).

Konektory

Venkovní solární panely obvykle obsahují konektory MC4 . Automobilové solární panely mohou také obsahovat zapalovač do auta a/nebo USB adaptér. Vnitřní panely (včetně solárních pv brýlí, tenkých fólií a oken) mohou integrovat mikroinvertor (solární panely AC).

Aplikace

Existuje mnoho praktických aplikací pro využití solárních panelů nebo fotovoltaiky. Nejprve může být použit v zemědělství jako zdroj energie pro zavlažování. Ve zdravotnictví lze solární panely použít k chlazení zdravotnického materiálu. Může být také použit pro infrastrukturu. FV moduly se používají ve fotovoltaických systémech a zahrnují širokou škálu elektrických zařízení :

Omezení

Dopad na elektrickou síť

S rostoucí úrovní střešních fotovoltaických systémů se tok energie stává obousměrným. Když je více místní výroby než spotřeby, elektřina se exportuje do sítě. Elektrická síť však tradičně není konstruována tak, aby zvládala obousměrný přenos energie. Proto mohou nastat některé technické problémy. Například v australské Queenslandu používalo střešní fotovoltaiku do konce roku 2017 více než 30% domácností. Slavná kachní křivka Californian 2020 se od roku 2015 často objevovala u mnoha komunit. Může dojít k problému s přepětím, protože elektřina proudí z FV domácností zpět do sítě. Existují řešení pro řešení problému s přepětím, jako je regulace účiníku FV měniče, nové zařízení pro řízení napětí a energie na úrovni distributora elektřiny, opětovné vedení elektrických vodičů, správa na straně poptávky atd. Často existují omezení a související náklady k těmto řešením.

Když jsou elektrické sítě mimo provoz, například během odstavení napájení v Kalifornii v říjnu 2019 , solární panely často nestačí k úplnému zajištění napájení domu nebo jiné stavby, protože jsou navrženy tak, aby dodávaly energii do sítě, nikoli přímo do domácností.

Důsledky pro správu účtů za elektřinu a investice do energie

Neexistuje žádná stříbrná kulka v poptávce po elektřině nebo energii a ve správě účtů, protože zákazníci (provozovny) mají různé specifické situace, např. Různé potřeby pohodlí/pohodlí, různé tarify za elektřinu nebo různé vzorce používání. Tarif za elektřinu může mít několik prvků, jako je denní přístup a poplatek za měření, poplatek za energii (na základě kWh, MWh) nebo poplatek za špičkovou spotřebu (např. Cena za nejvyšší 30minutovou spotřebu energie za měsíc). PV je slibnou možností snížení poplatků za energii, když je cena elektřiny přiměřeně vysoká a neustále roste, například v Austrálii a Německu. V případě lokalit, kde je zaveden špičkový poplatek za poptávku, však může být PV méně atraktivní, pokud se špičkové požadavky vyskytují většinou v pozdních odpoledních až podvečerních hodinách, například obytné komunity. Celkově je investice do energie do značné míry ekonomickým rozhodnutím a je lepší se rozhodovat na základě systematického vyhodnocování možností provozního zlepšování, energetické účinnosti, výroby na místě a skladování energie.

Galerie

Viz také

Reference