Rugalmas napelemek: a tipikus szerkezetek, jellemzőik és a csatlakoztatás sajátosságainak áttekintése

A napenergia az egyik legígéretesebb és leggyorsabban fejlődő alternatív villamosenergia-forrás. Korlátlan erőforrás, amely a bolygó bármely pontján használható anélkül, hogy szennyezné a környezetet. Egyetért, jó lenne saját alternatív áramforrással rendelkezni.

Kiderült, hogy most már a napenergiát közvetlenül otthon is elektromos árammá alakíthatja. A nehézkes és törékeny keretes panelek helyett ma már egyre gyakrabban használnak rugalmas napelemeket. De hogyan valósítható ez meg a gyakorlatban?

Segítünk megérteni a rugalmas napelemek felépítését és működési elvét. Cikkünk hasznos tanácsokat tartalmaz a szerkezetek kiválasztásához és felszereléséhez. Az információ könnyebb befogadása érdekében a cikk tematikus fényképeket és videókat tartalmaz.

Mik azok a napelemek?

Ahhoz, hogy megértse, megfelelnek-e Önnek a rugalmas panelek az áramtermeléshez, alaposan meg kell ismernie az elméletet.

Mi a napelem, miben különbözik a rugalmas modellek felépítése a többitől? Nagyon fontos már a vásárlás előtt tisztában lenni e napelem-típus előnyeivel és hátrányaival.

A rugalmas panelek felépítése és működési elve

A napelem működési elve a fotovoltaika fogalmán alapszik. A fény, mint ismeretes, tekinthető hullámnak és részecskék — fotonok — áramlásának is. A fotonok energiájának elektromos árammá alakításának lehetősége a fotovoltaika.

A modern napelemek első prototípusait már az 1950-es években feltalálták. Azóta mind külsőleg, mind működési elvükben jelentősen megváltoztak. A fotoelektromos hatás a félvezetők használatának köszönhetően vált lehetségessé.

A félvezető olyan anyag, amelynek atomjai különleges szerkezetűek. Az n-típusú félvezetőben többletelektronok vannak, a p-típusú félvezető atomjaiban pedig elektronhiány lép fel. A fotocella létrehozásához a kétféle anyagot egyesítik, így kétrétegű szerkezetet alakítanak ki.

Az egyes fotovoltaikus elemek panelekké egyesülnek. A panelek lehetnek merevek, erős fémkeretben. Jelenleg a fotopanelek szerkezetének könnyítése irányába mutat a tendencia. A rugalmas és könnyű napelemek egyre népszerűbbek.

A napelem működési elve a következőképpen írható le:

1. A napfény az n-réteg felől éri el a fotocella felületét.
2. A fotonok ütköznek a félvezető atomjaival, «kiütve» a felesleges elektronokat.
3. A szabad elektronok a p-réteg felé mozognak, és a részecskék hiányával rendelkező atomokba jutnak.
4. Ennek eredményeként a felső réteg katódként, az alsó pedig anódként működik.
5. Egyenáram keletkezik, amellyel könnyen tölthető egy akkumulátor.

Félvezetőként szilíciumot, szelént és még sok más, drágább anyagot használnak.

A napelemtől kapott egyenáramot váltakozó árammá kell alakítani, mivel a legtöbb elektromos készülék azon működik.

A rugalmas fólia napelemekhez polimer bevonatot is használnak alumínium vezetők segítségével. Ez a felépítés rendkívül vékony és könnyű paneleket eredményez.

Ez a technológia még csak most kezd fejlődni, de kétségtelen, hogy nagy lehetőségei vannak. Azonban a rugalmas paneleket e meghatározás tágabb értelmében vizsgáljuk.

A napelemek működési elveiről részletesebben olvashat, ha a linkre kattint.

A rugalmas napelem elemek előnyei

A rugalmas napelemek előnyei teszik ezt az áramtermelési módszert az egyik legígéretesebbé:

• súly;
• méret;
• rugalmasság;
• teljesítmény;
• sokoldalúság;
• gazdaságosság;
• környezetbarátság;
• üzemeltetés egyszerűsége.

A panelek geometriai és fizikai paraméterei, mint a méret és súly, nagy jelentőséggel bírnak, mivel egy egész lakóház áramellátásához nagy mennyiségű panelre van szükség. Nehéz modellek használata esetén szükségessé válhat az épület szerkezetének megerősítése, ami jelentősen megnöveli a telepítési költségeket.

A könnyű és kompakt rugalmas elemek nem befolyásolják jelentősen a terhelés eloszlását az épület vázán. Nem jelentenek veszélyt a tetőfedésre.

A szilícium akkumulátorok teljesítménye meglehetősen magas. A hatásfokot ebben az esetben nehéz megbecsülni, a félvezető panelek átlagosan 20%-os hatékonysággal képesek a fényt elektromos árammá alakítani.

Vagyis, ha a napsugárzás teljesítménye 200 W, akkor körülbelül 40 W elektromos áramot nyerünk.

A rugalmas amorf napelemek sokkal ellenállóbbak a felhős időjárással szemben, mint a hagyományos, szilícium alapú merev szerkezetek.

Összehasonlításképp, egy szabványos napelem felhős időben csak a teljesítményének 10%-án képes működni, míg egy rugalmas panel a névleges értékek körülbelül 50%-át adja.

A napelem rugalmassága lehetővé teszi, hogy egyenetlen felületű tetőkre, cserepes tetőkre, összetett formájú burkolatokra is felszereljük. Emellett elég sokoldalúak, alkalmasak a tetőre vagy épület homlokzatára történő telepítésre.

A napfény ingyenes és korlátlan erőforrás. Ez kétségtelen előnye, amiben a napelemek feltétlen gazdaságossága megnyilvánul.

Ezenkívül ez az energiatermelési módszer teljesen környezetbarát, semmilyen hatással sincs a környező környezet állapotára, és nem árt annak. Sőt, a napenergia népszerű alternatívájáról – a hőerőművekről – való lemondással az emberiség csökkenti a légkör szennyezettségének szintjét.

A rugalmas típusú napelemek hátrányai

A rugalmas napelemeknek is bőven vannak hátrányai. Először is, ez a technológia még csak fejlődik, és még nem érte el képességei csúcsát. Teljesítmény tekintetében a rugalmas amorf akkumulátorok elmaradnak a merev poli- vagy monokristályosaktól.

A rugalmas panelek felépítése és működési elve meglehetősen bonyolult, de bárki tudja használni őket. Elég a berendezést helyesen telepíteni és csatlakoztatni.

Másodszor, a vékony fólia és a minimális felületi réteg viszonylag gyorsan tönkremegy. Az ilyen panelek garanciális élettartama körülbelül 3 év.

Ezt kövétően a napelemek fokozatosan meghibásodnak, és cserére szorulnak.

Örvendetes az a tény, hogy ez az iparág rohamosan fejlődik, és már megjelennek az amorf szilícium alapú rugalmas napelemek tartósabb és erősebb példányai.

A többi hátrány minden napelemtípusra jellemző:

• a megtérülési idő;
• magas költség;
• nagyszámú drága berendezés, magukon a paneleken kívül;
• időjárási körülményektől való függés.

Egy körülbelül 150 W teljesítményű rugalmas panel ára nagyjából 160 000 Ft vagy tőbb, a gyártótól függően. 20 panel, egy akkumulátorkészlet és kiegészítő berendezések tetemes összegbe kerülnek. A villamos energia 1 kWh költségét figyelembe véve nem egy év alatt fog megtérülni a rendszer.

Hol és hogyan használják a napenergiát?

A rugalmas paneleket különböző területeken alkalmazzák. Mielőtt összeállítaná a ház energiaellátásának projektjét ezekkel a napelemekkel, derítse ki, hol használják őket, és milyen sajátosságai vannak a használatuknak a mi éghajlatunkon.

A napelemek alkalmazási területei

A rugalmas napelemek alkalmazása nagyon széles körű. Sikeresen hasznalják őket az elektronikában, az épületek villamosításában, az autó- és repülőgépgyártásban, valamint az űrobjektumokon.

Az építőiparban az ilyen paneleket lakó- és ipari épületek villamos energiával való ellátására használják.

A napenergia lehet az egyetlen áramforrás, de másolhatja a hagyományos áramellátási sémát is, hogy a ház ne maradjon áram nélkül, ha egy adott időszakban a hatékonysag nem elegendő.

A rugalmas napelemeken alapuló hordohato töltőberendezések mindenki számára élerhetőek, és mindenhol árusítják őket. A nagy, rugalmas utazási panelek, amelyek a Föld bármely pontján képesek áramot termelni, nagyon népszerűek az utazók körében.

Nagyon szokatlan, de praktikus ötlet, hogy a rugalmas panelek alapjaként az úttestet használják. A specális elemek ütésvédettek, és nem félnek a nagy terheléstől.

A rugalmas panelek azért is jók, mert gyakorlatilag bármilyen helyzetben alkalmazhatók. Könnyedén elhelyezhetők egy autó tetején vagy egy jacht testén.

Ez az ötlet már megvalósult. A „napelemes” út energiával látja el a környező falvakat, anélkül, hogy egyetlen négyzetméternyi földet foglalna el.

A rugalmas amorf panelek alkalmazásának sajátosságai

Akik rugalmas napelemeket terveznek használni otthoni áramforrásként, ismerniük kell azo üzemeltetési sajátosságait.

A rugalmas fém alapú napelemek ott alkalmazhatóak, ahol fokozott kopásállósági követelményeket támasztanak a mini erőművekkel szemben:

Elsősorban a felhasználókat foglalkoztatja a kérdés, hog y mit tegyenek télen, amikor rövid a nappali fé nyperiódus és nem elegendő az áram az összes készülék működtetéséhez?

Igen, felhős időben és rövid nappalok esetén a panelek teljesítménye csökken. Jó, ha van alternatíva a központi áramellátásra való átkapcsolás lehetősége formájában. Ha nincs, akkor akkumulátorokkal kell feltöltekezni, és azo kon a napokon tölteni, amikor az időjárás kedvező.

A napelemek érdekes sajátossága, hogy a fotocella felmelegedésekor a hatékonysága jelentősen csökken.

Nyári hőségben a panelek felforrosodnak, de rosszabbu l működnek. Télen, napos időben a fotocellák képsek több fényt begyüjteni és a zt energiává á talakí tani.

Az éves napsütéses napok száma régiótól függ. Természetesen délen ésszerűbb a rugalmas paneleket használni, mivel ott a nap hosszabb ideig és gyakrabban süt.

Mivel a nap folyamán a Föld változtatja a helyzetét a Naphoz képest, a paneleket jobb univerzálisan elhelyezni – azaz déli oldalon, körülbelül 35-40 fokos szögben. Ez az elhelyezés releváns lesz reggeli és esti órákban, valamint délben is.

Napelemek felszerelése a tetőre

Ha úgy döntött, hogy a rugalmas, amorf szilícium alapú napelemek azok, amikre szüksége van egy magánház áramellátásához, kezdje el a munkák tervezését.

Válasszon ki a megfelelő berendezést, és becsülje meg a panelek közelítő számát. Ezután ismerkedjen meg a napelemek szerelésének és utólagos karbantartásának szabályaival.

De ne feledje, hogy a hagyományos polikristályos és monokristályos szilícium analógok használata még mindig sokkal termékenyebb.

1. lépés. A panelek számának kiszámítása

Bármely munka egy tervvel kezdődik. A tervezéshez el kell végezni a szükséges számításokat, mégpedig:

• a napi villamosenergia-fogyasztás;
• a fotoelemek teljes szükséges teljesítménye;
• az akkumulátorok kapacitása;
• a panelek száma.

A legegyszerűbb a villamosenergia-fogyasztás kiszámítása. Ehhez figyelembe kell venni minden, kivétel nélküli elektromos készüléket, amit használ vagy elméletileg használhat.

Egy egyszerű példa:

• hűtőszekrény – 200 W;
• számítógép – 300 W;
• televízió – 150 W;
• energiatakarékos izzók – 5 darab 20 W-os.

Mindegyik készülék teljesítménye feltétlenül szerepel a dokumentációjában vagy a házon. Az összes adatot összeadva 750 W-ot kapunk. Ebből az értékből kiindulva választunk ki egy invertert – egy olyan készüléket, ami az egyenáramot a szükséges frekvenciájú váltóárammá alakítja.

Feltétlenül tegyen félre egy kis tartaékot, és válaasszon olyan invertert, amely 0,5 kW-tal erősebb a számított értéknél. Vagyis a 0,75 kW összteljesítményhez egy olyan készülék felel meg, ami nem gyengébb 1,25 kW-nál.

A megfelelő csatlakoztatáshoz a napelemeket a kontrolleren keresztül kötik össze az akkumulátorokkal. Ne keverje össze a kontaktusokat – plusz a pluszhoz, mínusz a mínuszhoz. Az akkumulátortól az áram az inverterhez, majd – az elektromos készülékekhez áramlik.

Ezután ki kell választani az akkumulátor elemeket. Az akkumulátor kapacitása (pélául 200 Ah) megmutatja, hogy adott feszültség mellett egy órán át milyen erősségű áramot fog leadni.

A szükséges kapacitást ki lehet számítani a fogyasztók összteljesítményét elosztva a napelem kimeneti feszültségével. Példánkban 12 voltos akkumulátorokat használunk. 750 /12 = 62,5 Ah.

De ez a képlet nem teljesen helyes, mivel a legtöbb akkumulátort nem lehet 0-ig meríteni. Van egy bizonyos korlátozás, például 40%. Ha a töltöttségi szint ez alá süllyed, az jelentősen befolyásolja az akkumulátor élettartamát és működésének minőségét.

Ezt a mutatót is hozzá kell adni a képlethez:

750 W / (12V x 0,4) = 156,25 Ah.

Ekkora kapacitás eléréséhez rendszerbe kapcsolhat egy csoportot, amely 2 db, egyenként 100 Ah-s akkumulátorból áll.

A panelek számát a kiválasztott modell teljesítménye és a telepítés helye szerinti régió alapján kell kiszámítani. A régió jelentőségét nem lehet túlbecsülni. Ideális esetben meg kell találnia a napsugárzás napi szintjét az Ön területére vonatkozóan. A megbízhatóság érdekében az év legalacsonyabb értékét veszik alapul, hozzávetőlegesen december végén.

Az inszoláció mértéke a különböző régiókban sematikusan így ábrázolható. A számszerű értékeket szakmai kézikönyvekben vagy az interneten találhatja meg.

Ezt az értéket megszorozva a hónap naptári napjainak számával megkapjuk, hogy decemberben hány kilowatt jut 1 m2 hajlékony napelemre. Például Moszkvában ez 0,33 × 31 = 10,23 kW/m², Szocsiban pedig 1,25 × 31 = 38,75 kW/m². Ezt a mutatót csúcsóraszámnak nevezik.

Majd a feltételezett maximális 0,75 kW-ból, amelyet az összes készülék egyszerre fogyaszt, kiszámítjuk a havi átlagfogyasztást – körülbelül 25 kW-ot. Egy hónap alatt a hajlékony paneleknek legalább 25 000 W-ot kell termelniük, de jobb, ha egy kis tartalékot hagyunk, és 30 kW-ra kerekítünk.

Következésképpen Moszkvában 1 csúcsórára 30 / 10,23 = 2,93 kW-nak kell jutnia. Ha a kiválasztott panelek teljesítménye 150 W, akkor a darabszám kiszámítása nem nehéz: 2,93 / 0,15 = 20 darab.

Ezen egyszerű számítások után kiválaszthatja a megfelelő invertert, vezérlőt, akkumulátort és a hajlékony napelemeket a szükséges mennyiségben.

2. lépés. A felszerelés szabályai

A hajlékony napelemek beépítését saját maga is elvégezheti.

Ehhez el kell döntenie, hogy pontosan hol helyezi el a paneleket:

• az épület tetején;
• a ház homlokzatán;
• különálló szerkezeten;
• kombinált elrendezésben.

A legnépszerűbb megoldás a tetőn való elhelyezés. Ha a tető formája vagy konfigurációja ezt nem teszi lehetővé, érdemes egy további vázszerkezetet építeni, amelyre a paneleket telepíteni lehet. Ez költségesebb, de ha a tető árnyékos vagy nehezen hozzáférhető, akkor ez a megoldás válik racionálissá.

A homlokzati elhelyezést akkor alkalmazzák, ha a tetőn nincs elegendő hely. A panelek a dizájn részévé válhatnak, és a ház díszítőelemeként is szolgálhatnak.

A hajlékony napelemek alsó oldalán egy ragadós gyantás réteg található.

Elég eltávolítani a védőfóliát, és a panelt a kiválasztott helyre ragasztani. Természetesen a beépítés előtt a felületet meg kell tisztítani és le kell mosni.

Nincs szükség speciális szerszámra a beépítéshez. A lényeg, hogy ügyeljen a saját biztonságára a tetőn végzett munka során. Ugyancsak nagyon fontos, hogy tartsa be a berendezések bekötési rajzát, és ne sértse meg a sorrendet.

A napelem modul egyik oldalán 2 kivezetett kábel található. Minden panelt úgy kell elhelyezni, hogy ezek a vezetékek később egyetlen sínnel összeköthetők legyenek soros csatlakoztatáshoz.

Ezenkívül ajánljuk elolvasni másik anyagunkat, amelyben részletesen leírjuk a napelemek telepítési sémáit és csatlakoztatási módjait. Bővebben – itt.

3. lépés. A rendszer karbantartása a telepítés után

A rugalmas napelemek telepítése után folyamatosan gondozni és felügyelni kell őket, különben a hatékonyságuk drasztikusan csökkenhet. A legfontosabb a panelek tisztán tartása. Por, szennyeződés, madárürülék – ezek a tényezők mind csökkentik a rendszer teljesítményét, mivel korlátozzák a napfény elnyelését a fotoelemek által.

A napelemeket a szennyeződés mértékének megfelelően kell letörölni. Éppen ezért nem ajánlják őket nehezen hozzáférhető helyekre, bonyolult tetőkre telepíteni.

Ha a rendszert nem tudja Ön saját maga karbantartani, mindig találhat megfelelő technikával és felszereléssel rendelkező kivitelezőt. Természetesen ez drágább lesz.

Az amorf szilícium alapú napelemeket, akárcsak a merev társaikat, szokásos nedves szivaccsal vagy mikroszálas kendővel lehet mosni. A panel nem fél a víztől (végül is ez a berendezés szabadban van telepítve), ha rendszeresen mossák, tovább tartanak.

Egy másik probléma, amely a mi régiónkban aktuális – a hó. Télen a napelemeket hó borítja, és leállnak. A csapadékot folyamatosan el kell távolítani, de nem túl durván, különben maga a berendezés károsodhat.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A népszerű gyártók rugalmas paneleit bemutató videók és áttekintések segítenek a helyes választásban. Látni fogja, hogyan fog kinézni a háza a berendezés telepítése után, a szakemberek segítenek kiválasztani a szükséges számú napelemet és megvizsgálják a telepítési szabályokat.

Hogyan épülnek fel a rugalmas napelemek és miből készülnek:

A rugalmas napelemet akár egy lakás homlokzatára is fel lehet szerelni egy többszintes házban, miért is ne:

Még egy kicsit a rugalmas elemek gyártásáról és előnyeiről:

A napelemek lehetővé teszik, hogy energiafüggetlenné váljon, ne kelljen figyelnie a benzin- és közműárakat. Ha egyszer befektet egy bizonyos összeget, korlátlanul fogyaszthat energiát háztartási elektromos készülékek, otthoni fűtés és elektromos autó akkumulátorának töltése céljából. Egyre több ember tér át az alternatív energiára, mert abban van a jövő.

Ha rendelkezik a szükséges ismeretekkel vagy tapasztalattal a cikkünk témájában, kérjük, ossza meg olvasóinkkal. Vagy esetleg Ön maga telepített napelemeket? Mesélje el, hogyan csinálta. Kommentjeit fényképekkel is kiegészítheti.