Päikesepaneel: erinevus redaktsioonide vahel

Allikas: Vikipeedia
Sirvi ajalugu interaktiivselt
← Vanem muudatusUuem muudatus →
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
VisuaalneVikitekst
PResümee puudub
Erik.Ilbis (arutelu | kaastöö)
24 muudatust
Resümee puudub
1. rida: 1. rida:
[[File:Solar panels in Ogiinuur.jpg|thumb|right|300px|24 päikesepaneelist koosnev installatsioon Mongoolias]]
[[Pilt:4inch poly solar cell.jpg|pisi|Päikeseelement]]
[[Pilt:Mafate Marla solar panel dsc00648.jpg|pisi|Päikesepaneelidest koostatud päikesepatarei]]
'''Päikesepatarei''' ehk '''päikesepaneel''' on elektrotehniline seade, mis muundab [[Päike]]se [[valgus]]energiat [[elektrienergia]]ks.<ref name=Tehnikaleksikon>[[Tehnikaleksikon]], lk. 406</ref>


[[File:Soldering Solar Cells 2.JPG|thumb|right|200px|Kodukootud päikesepaneel individuaalsetest [[Päikeseelement|päikeseelementidest]]]]
Tvaliselt kasutatakse päikesepatareis [[fotoelement]]e, milles [[elektromotoorjõud]] tekib [[juht|juhi]] ja [[pooljuht|pooljuhi]] või kahe pooljuhi vahelisel siirdel.<ref name=Tehnikaleksikon/>


'''Päikesepaneel''' (ka '''päikesepatarei''') koosneb [[päikeseelement|päikeseelementidest]] ehk fotogalvaanilistest elementidest. Päikesepaneele kasutatakse komponentidena suuremates päikesepatarei maatriksites, mille abil toodetake [[Päikeseenergia|päikeseenergiat]] nii kodus kasutamiseks kui ka [[elektrivõrk|võrku]] müümiseks. Tüüpiliselt on päikesepaneelide elektriline [[võimsus]] 100 kuni 320 [[vatt|vatti]] ning väljastatav [[elektrivool|vool]] on [[alalisvool]]. Päikesepaneelide oluline näitaja on nende [[kasutegur|efektiivsus]]: näiteks 8% efektiivsusega ning 230 W võimsusega päikesepaneel on [[pindala|pindalalt]] kaks korda suurem kui sama võimas, aga 16% efektiivsusega paneel. Kaubanduslikult müüdavate paneelide efektiivsus varieerub vahemikus 15–20 protsenti ning arendatavad tehnoloogiad lubavad ka efektiivsust üle 30 protsendi. Kuna päikesepaneelid toodavad piiratud hulgal energiat, siis enamik süsteeme koosneb mitmest päikesepaneelist. Sellised süsteemid võivad sisaldada ka akusüsteemi energia hoiustamiseks, [[inverter|inverterit]], et alalisvoolu [[vahelduvvool|vahelduvvooluks]] muundada, ning päikesejälgijat (ingl ''solar tracker''), et paneelidest maksimaalselt energiat ammutada.
Enamasti kasutatakse selleks pooljuhtide fotoelektrilisi omadusi. Kui valguseosake [[footon]] "põrkab" vastu [[pn-siire]]t, siis vahetavad [[elektron]] ja [[auk]] vastavalt N- ja P-pooljuhis kohad. Kui ühendada pooljuhid voolutarvitiga, siis suunduvad elektron ja auk oma pooljuhtide poole tagasi, tekitades [[elektrivool]]u.


==Teooria ning ehitus==
Pooljuhtide [[võimsus]] 1 m² suuruse pinna kohta on kuni 300 W ja nende [[kasutegur]] on 10~20%<ref name=Tehnikaleksikon/>. Üks selline element tekitab [[Pinge (elekter)|pinge]] ligikaudu 0,5 V. Kõrgema pinge saamiseks ühendatakse elemendid jadamisi, aga voolutugevuse suurendamiseks rööbiti. Tavaliselt valmistatakse päikeseelemendid mõõtmetega 10×10 cm, mis suudab tagada keskmiselt 1–2 A suuruse voolu. Suurema võimsuse saamiseks ühendatakse elemendid patareidesse. 30–32 elemendiga päikesepatarei võimsus on ligikaudu 40–45 W.
{{Vaata ka|Päikeseelement}}


Päikesepaneelid, mis koosnevad päikeseelementidest, muundavad valgusenergiat elektrienergiaks, kasutades ära [[fotoefekt|fotoefekti]]. Suurem osa päikeseelemente põhineb erinevatel kristalliseeritud [[räni]] kasutavatel tehnoloogiatel. Enamik päikeseelemente on jäigad ning purunevad kergesti, seega tuleb neid kaitsta mehaaniliste kahjustuste ning ilmastikuolude eest. Leidub ka painduvaid päikeseelemente, kuid need on vähem levinud. Esimesed päikeseelemendid leiutati 1954. aastal Ameerika Ühendriikide uurimisinstituudis Bell Laboratories.
Päikesepatareisid tuleb kaitsta mehaaniliste kahjustuste ja [[vesi|niiskuse]] eest.


Elemendid ühendatakse elektriliselt kas jadamisi või rööbiti, olenevalt nõutud [[Pinge (elekter)|väljundpingest]] ja -voolust . Jadamisi ühendades on võimalik saada paneelidest suuremat pinget, kuid paralleelselt ühendades on väljundvool suurem. Tavaliselt kasutatakse päikesepaneelide ühendamiseks mõlemat ühendusmeetodit ning tulemuseks on paneelide maatriks või võrgustik.. Paneelide väljundites kasutatakse tihti ka [[diood]]e, kuna varjus olevad paneelid muutuvad tarbijateks ning vastassuunaline vool võib individuaalseid elemente kahjustada. Päikesepaneelide juures võidakse kasutada ka jahutust, kuna elementide [[temperatuur|temperatuuri]] tõustes väheneb nende efektiivsus. <ref> {{netiviide | URL = http://www.eicsemi.com/back-office/downloads/Solar_v2A.pdf | Pealkiri =EIC Diodes in Solar photovoltaic (PV) Systems | Autor = EIC | Failitüüp = pdf | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =8.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>
Enamik päikesepatareisid on jäigad, aga leidub ka pooleldi painduvaid, mis põhinevad õhukestel [[kile]]del. Viimaseid tehakse peamiselt [[kaadmiumtelluriit|kaadmiumtelluriidist]] CdTe või [[räni]]st Si.


==Olulisemad omadused ning vananemine==
Päikesepatareisid kasutatakse näiteks [[kosmos]]elennuaparaatides ja automaatsetes [[meteoroloogiajaam]]ades.<ref name=Tehnikaleksikon/>
Paneelide omadusi mõõdetakse standardsetes tingimustes: energiatihedus 1000 W/m<sup>2</sup>, [[valgusspekter]], mis sarnaneb suvisele päikesevalgusele 35. [[laiuskraad|laiuskraadil]] ning temperatuuril 25 kraadi [[Celsiuse_skaala|Celsiuse]] järgi. <ref> {{netiviide | URL = http://www.solarcontact.com/solar-panels/types/solar-panel-efficiency | Pealkiri = How To Compare Solar Panels | Autor = SolarContact | Failitüüp = | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =7.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref> Päikesepaneelide kõige olulisemad omadused on:
* maksimaalne väljundvõimsus vattides (P<sub>maks</sub>);
* pinge koormamata paneelil (U<sub>katkestus</sub>) ;
* paneeli lühisvool (I<sub>lühis</sub>);
* pinge ning vool maksimaalses võimsuspunktis ((U<sub>MVP</sub> ja I<sub>MVP</sub>);
* paneeli efektiivsus (%).


Nominaalne väljundvõimsus väljendab seda, kui palju toodab uus paneel standardsetes tingimustes elektrienergiat. Päikesepaneelid vananevad aja jooksul ning tüüpiliselt väheneb maksimaalne võimsus umbes 0,5 protsenti aastas.<ref> {{netiviide | URL = http://ijuancarlo.wordpress.com/2011/06/03/22/ | Pealkiri = The Median Degradation Rate for PV Solar Panel Modules | Autor = | Failitüüp = | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = 2011 | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =7.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref> Tihti annavad tootjad garantii, et tootlikkus püsib vähemalt 10 aastat 90% tasemel ja 25 aastat pärast paneeli kasutusse võtmist 80% tasemel. <ref> {{netiviide | URL = http://www.solarenergy.net/Articles/guide-to-understanding-solar-warranties.aspx | Pealkiri = Guide to Understanding Solar Warranties | Autor = SolarEnergy | Failitüüp = | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = 2009 | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =7.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref> Pinge koormamata paneelil näitab seda, kui suur on maksimaalne pinge, mis paneeli väljundis tekkida saab. Lühisvool määrab ära paneeli maksimaalse väljundvoolu. Väga oluline on ka paneeli efektiivsus. Efektiivsus määratakse standardtingimustel, kuid reaalses rakenduses sõltub efektiivsus paneeli töötemperatuurist.
2010. aastal toodeti maailmas päikesepatareisid 15,9 GW päikeseenergia tootmiseks. Aastas suureneb päikeseenergia tootmine rohkem kui kaks korda. See on seotud päikesepatareide järjest odavamaks muutumisega. Näiteks 1998. aastal oli päikesepaneelide hind 1 vati kohta 4,5 [[USA dollar]]it, aga 1970. aastal 150 dollarit.


==Taaskasutamine==
2010. aastal suutsid maailma viis suurimat tootjat igaüks toota päikesepatareisid rohkem kui 1 GW energia tootmiseks. Need olid alates maailma suurimast tootjast [[Suntech]], [[First Solar]], [[Sharp Solar]], [[Yingli]] ja [[Trina Solar]]. Neist esimese, neljanda ja viienda peakorter asub [[Hiina]]s.

Päikesepaneelide [[klaas|klaasist]] ning [[metall|metallist]] detailid on võimalik uuesti kasutusse võtta. Samuti on taaskasutatavad kuni 95% paneelide [[pooljuhtmaterjal|pooljuhtmaterjalidest]].
<ref name="krueger"> {{netiviide | URL = http://www.bnl.gov/pv/files/PRS_Agenda/2_Krueger_IEEE-Presentation-Final.pdf | Pealkiri =Overview of First Solar's Module Collection and Recycling Program | Autor =Lisa Krueger | Failitüüp = pdf | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =3.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>

* Ränikristallidel põhinevad paneelid purustatakse ning nendest eraldatakse klaas, plastik ning metall. Võimalik on taaskasutada üle 80% päikesepaneelist (massi järgi). Kuna paneele kattev kaitsev klaasikiht on sarnane ehituses või autotööstuses kasutatavale klaasile, on võimalik seda taaskasutada näiteks klaasvilla või vahtklaasi tootmiseks. <ref name="krueger" /> <ref name="wambach"> {{netiviide | URL = http://www.bnl.gov/pv/files/PRS_Agenda/3_4_PV-Module-RecyclingWambach.pdf | Pealkiri =A Voluntary Take Back Scheme and Industrial Recycling of Photovoltaic Modules | Autor = K.Wambach, S. Schlenker, A. Müller, B. Konrad | Failitüüp = pdf | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =3.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>

*Ränil mitte-põhinevate paneelide taaskasutamine on keerulisem ning nõuab spetsiaalseid tehnoloogiaid: üks levinumaid viise on kasutada erinevaid keemilisi vanne materjalide eraldamiseks. Näiteks [[kaadium|Cd]]-[[telluur|Te]] põhinevad paneelid purustatakse ning jagatakse seejärel erinevateks koostisosadeks. Sellise meetodiga on võimalik uuesti kasutada kuni 90% klaasist ning 95% pooljuhtmaterjalidest. <ref name="krueger" /> <ref name="wambach" />

Alates 2010. aastast toimuvad [[Euroopa]]s iga-aastased konverentsid, mis toovad kokku tootjad, taaskäitlejad ning uurijad, et arutada taaskasutuse tulevikumeetodite üle. <ref> {{netiviide | URL = http://www.pvcycle.org/past-events/3rd-international-conference-on-pv-module-recycling/ | Pealkiri = 3rd International Conference on PV Module Recycling | Autor = | Failitüüp = | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = 2013 | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =7.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>

==Tarbimine ning hinnad==

Päikesepaneelide müügiedu mõõdetakse paigaldatud süsteemide võimsuse alusel. Kui 2000. aastal installeeriti 277 MW väärtuses päikesepaneele, siis aastal 2011 oli see number 29 665 MW. Kumulatiivne installeeritud võimsus on kasvanud samal perioodil 1425 MW-lt 69 684 MW-ni, seega peaaegu 50 korda. Prognoositakse ka installatsioonide kasvu tulevatel aastatel. 2011. aastal osteti päikesepaneele regionaalselt kõige rohkem Euroopas, ületades ülejäänud maailma tarbimist mitmekordselt. Euroopas tarnitakse kõige rohkem päikesepaneele [[Saksamaa|Saksamaale]] ning [[Itaalia|Itaaliasse]]. <ref> {{netiviide | URL = http://www.epia.org/uploads/tx_epiapublications/Global-Market-Outlook-2016.pdf | Pealkiri = Global market outlook for photovoltaics until 2016 | Autor = EPIA | Failitüüp = pdf | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = 2012 | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =1.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref> <ref> {{netiviide | URL = http://www.solarplaza.com/top10-pv-markets/ | Pealkiri = Top 10 World's Biggest PV Markets | Autor = SolarPlaza | Failitüüp = | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = 2012 | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =6.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>

Koos tarbimise tõusuga ning konkurentsi tihenemisega on langenud ka päikesepaneelide hind. Päikeseelementide tootmiskulu on perioodil 2006 kuni 2011 langenud üle kahe korra. <ref> {{netiviide | URL = http://emp.lbl.gov/sites/all/files/LBNL-5919e.pdf | Pealkiri = Tracking the Sun V | Autor = Galen Barbose, Naïm Darghouth, Ryan Wiser | Failitüüp = pdf | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = 2012 | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =1.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref> Sellega kaasnevalt on langenud seadmekomplektide hind ka lõpptarbija jaoks: Saksamaa näitel on aastatel 2006 kuni 2011 jaehind langenud samuti üle kahe korra. <ref> {{netiviide | URL = http://www.solstats.com/blog/solar-energy/solar-panel-prices-drop-by-half-over-the-last-5-years/ | Pealkiri = Solar panel prices – drop by half over the last 5 years | Autor = SolStats | Failitüüp = | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = 2012 | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =6.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>

==Erinevad kinnitussüsteemid==
[[File:Berlin pv-system block-103 20050309 p1010367.jpg|thumb|Kautsele paigutatud päikesepaneelid]]

===Katusel paiknevad paneelid===
Üks kõige populaarsemaid viise paneelide paigaldamiseks on nende [[katus|katusele]] monteerimine, kuna nii kasutatakse ära muidu tühjalt seisev pind. Võrreldes maapinnal paiknevate rakistega on katusele monteeritud päikesepaneelid odavamad ning vähem keerukad, kuna kinnitussüsteem on lihtne. Paneelide paigutamine võib osutuda keerukamaks, kui katus on ebatraditsioonilise kujuga. Tihti osutuvad mureallikateks läheduses paiknevad kõrged [[puu|puud]], mis paneelid varju jätavad. Et säilitada päikesepaneelide maksimaalset väljundvõimsust, tuleb nende pinda aeg-ajalt puhastada. Tavaliselt piisab sellest, kui paneelidele [[vihm|vihma]] sajab, kuid vihmavaestes piirkondades võib katusel asetsevate paneelide puhastamine tülikaks osutuda. <ref name="roofvsground"> {{netiviide | URL = http://www.getsolar.com/residential_Solar-Roof-vs-Ground-Installation.php | Pealkiri = Solar Roof vs. Ground Installation | Autor = getSolar | Failitüüp = | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =6.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>

===Maapealsed rakised===
Maapealsete rakiste suureks eeliseks on nende paindlikkus: päikesepaneele saab paigutada maapinna suhtes erinevate nurkade alla ning sellega optimeerida paneelide tootlikkust. Katusele paigutatud paneelidega on see oluliselt keerulisem, kuna katuse kalle ning suund on määratud. Maapealsed paneelid on ka rohkem avatud tuulele, seega on nad paremini jahutatud. Maapealseid rakiseid kasutatakse enamasti just päikesejaamades, mis paiknevad suurel territooriumil ning toodavad energiat kümnetes või sadades megavattides. Sellistes parkides lisatakse rakisele tihti ka päikesejälgijad. <ref name="roofvsground" />

===Päikesejälgijad===
Päikesejälgijatega süsteem tuvastab päikese asukoha ning korrigeerib paneelide suunda, et need paikneksid alati päikese poole. Tegemist on aktiivse süsteemiga ning paneelide liigutamiseks on üldjuhul vaja mootoreid. Kuna tegemist on liikuva süsteemiga, on sellise süsteemi ehitamine ning hooldamine samuti kallim ning keerulisem. Päikesejälgijatega süsteemid võivad tugevama tuule korral kahjustusi saada. Fikseeritud süsteemid on tuule suhtes oluliselt vastupidavamad. <ref> {{netiviide | URL = http://solarpowergeneration.ca/solar-trackers-pros-a-cons | Pealkiri = Solar trackers: Pros and cons | Autor = Solarize Energy | Failitüüp = | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =6.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>

==Päikesepaneelid kosmoses==
[[Pilt:Estcube-1 2012-12-27.jpg|thumb| Päikesepaneelid [[ESTCube-1]] kere küljes]]
[[File:ROSSA.jpg|thumb|Päikesepaneelid [[Rahvusvaheline_kosmosejaam|rahvusvahelise kosmosejaama]] küljes]]
Päikesepaneelid on toiteallikaks enamikule meie päikesesüsteemis opereerivatele [[tehiskaaslane|tehiskaaslastele]]. Esimest korda kasutas päikeseenergiat ameeriklaste satelliit Vanguard-1 1958. aastal. [[Vanguard-1]] kere külge kinnitati päikesepaneelid, mille efektiivsus oli 10% ning mis tootsid kokku alla 1 W elektrienergiat. Esimestel päikeseenergiat kasutavatel tehiskaaslastel olid paneelid kinnitatud kere külge, kuid aja jooksul kasvas vajadus energia järele ning kere pindalast jäi väheseks. <ref> {{netiviide | URL = http://123seminarsonly.com/Seminar-Reports/036/47807330-Solar-sails-system-developmentPAJ-IEEE-98.pdf | Pealkiri =Spacecraft Solar Array Technology Trends | Autor =P. Alan Jones & Brian R. Spence | Failitüüp = pdf | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =3.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>

Selle probleemi lahenduseks töötati välja paljudest paneelidest koosnev lahtivolditav süsteem. Sellised süsteemid suudavad toota küll rohkem energiat, kuid lisavad satelliidile massi. Ka on paneelide lahtivoltimiseks vajalikud mehaanilised lahendused keerulised. Viimaste aastakümnete jooksul toimunud tehnoloogiline areng on viinud kergemate ning töökindlamate mehhanismide suunas. Suur hüpe on toimunud ka päikesepaneelide tehnoloogias. Kui Vanguard-1 paneelid olid kõigest 10% kasuteguriga, siis tänapäevased päikeseelemendid on 30% hüveteguriga <ref> {{netiviide | URL = http://www.azurspace.com/images/pdfs/Download%20PDF_1.pdf | Pealkiri =TRIPLE JUNCTION SOLAR CELLS WITH 30.0% EFFICIENCY AND NEXT GENERATION CELL CONCEPTS | Autor =W. Köstler, M. Meusel, T. Kubera, T. Torunski | Failitüüp = pdf | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = 2011 | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =3.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref> ning arendatakse ka juba 35% kasuteguriga elemente <ref> {{netiviide | URL = http://www.azurspace.com/images/pdfs/1BO.10.3_AZUR_SPACE.pdf | Pealkiri =ABOUT AZUR’S “3G30-advanced”SPACE SOLAR CELL AND NEXT GENERATION PRODUCT WITH 35% EFFICIENCY | Autor =G.F.X.Strobl, D.Fuhrmann, W.Guter, V.Khorenko,W.Köstler, M.Meusel | Failitüüp = pdf | Täpsustus = | Väljaanne = | Aeg = 2012 | Koht = | Väljaandja = | Kasutatud =3.05.2013 | Keel =inglise keeles }} </ref>.


==Vaata ka==
==Vaata ka==
[[Päikeseelement]]
* [[Fotodiood]]


== Viited ==
==Viited==
{{Viited}}
{{Reflist|2}}
* [http://uudised.err.ee/index.php?06250879&print=1 18. aprill 2012, Igor Taro, Võrumaale kerkib Baltimaade suurim päikeseelektrijaam ], http://uudised.err.ee


{{commons|Solar cell|Päikeseelement}}
{{commons|Solar cell|Päikeseelement}}

Redaktsioon: 4. juuni 2013, kell 14:45

24 päikesepaneelist koosnev installatsioon Mongoolias
Kodukootud päikesepaneel individuaalsetest päikeseelementidest

Päikesepaneel (ka päikesepatarei) koosneb päikeseelementidest ehk fotogalvaanilistest elementidest. Päikesepaneele kasutatakse komponentidena suuremates päikesepatarei maatriksites, mille abil toodetake päikeseenergiat nii kodus kasutamiseks kui ka võrku müümiseks. Tüüpiliselt on päikesepaneelide elektriline võimsus 100 kuni 320 vatti ning väljastatav vool on alalisvool. Päikesepaneelide oluline näitaja on nende efektiivsus: näiteks 8% efektiivsusega ning 230 W võimsusega päikesepaneel on pindalalt kaks korda suurem kui sama võimas, aga 16% efektiivsusega paneel. Kaubanduslikult müüdavate paneelide efektiivsus varieerub vahemikus 15–20 protsenti ning arendatavad tehnoloogiad lubavad ka efektiivsust üle 30 protsendi. Kuna päikesepaneelid toodavad piiratud hulgal energiat, siis enamik süsteeme koosneb mitmest päikesepaneelist. Sellised süsteemid võivad sisaldada ka akusüsteemi energia hoiustamiseks, inverterit, et alalisvoolu vahelduvvooluks muundada, ning päikesejälgijat (ingl solar tracker), et paneelidest maksimaalselt energiat ammutada.

Teooria ning ehitus

Vaata ka: Päikeseelement

Päikesepaneelid, mis koosnevad päikeseelementidest, muundavad valgusenergiat elektrienergiaks, kasutades ära fotoefekti. Suurem osa päikeseelemente põhineb erinevatel kristalliseeritud räni kasutavatel tehnoloogiatel. Enamik päikeseelemente on jäigad ning purunevad kergesti, seega tuleb neid kaitsta mehaaniliste kahjustuste ning ilmastikuolude eest. Leidub ka painduvaid päikeseelemente, kuid need on vähem levinud. Esimesed päikeseelemendid leiutati 1954. aastal Ameerika Ühendriikide uurimisinstituudis Bell Laboratories.

Elemendid ühendatakse elektriliselt kas jadamisi või rööbiti, olenevalt nõutud väljundpingest ja -voolust . Jadamisi ühendades on võimalik saada paneelidest suuremat pinget, kuid paralleelselt ühendades on väljundvool suurem. Tavaliselt kasutatakse päikesepaneelide ühendamiseks mõlemat ühendusmeetodit ning tulemuseks on paneelide maatriks või võrgustik.. Paneelide väljundites kasutatakse tihti ka dioode, kuna varjus olevad paneelid muutuvad tarbijateks ning vastassuunaline vool võib individuaalseid elemente kahjustada. Päikesepaneelide juures võidakse kasutada ka jahutust, kuna elementide temperatuuri tõustes väheneb nende efektiivsus. [1]

Olulisemad omadused ning vananemine

Paneelide omadusi mõõdetakse standardsetes tingimustes: energiatihedus 1000 W/m2, valgusspekter, mis sarnaneb suvisele päikesevalgusele 35. laiuskraadil ning temperatuuril 25 kraadi Celsiuse järgi. [2] Päikesepaneelide kõige olulisemad omadused on:

  • maksimaalne väljundvõimsus vattides (Pmaks);
  • pinge koormamata paneelil (Ukatkestus) ;
  • paneeli lühisvool (Ilühis);
  • pinge ning vool maksimaalses võimsuspunktis ((UMVP ja IMVP);
  • paneeli efektiivsus (%).

Nominaalne väljundvõimsus väljendab seda, kui palju toodab uus paneel standardsetes tingimustes elektrienergiat. Päikesepaneelid vananevad aja jooksul ning tüüpiliselt väheneb maksimaalne võimsus umbes 0,5 protsenti aastas.[3] Tihti annavad tootjad garantii, et tootlikkus püsib vähemalt 10 aastat 90% tasemel ja 25 aastat pärast paneeli kasutusse võtmist 80% tasemel. [4] Pinge koormamata paneelil näitab seda, kui suur on maksimaalne pinge, mis paneeli väljundis tekkida saab. Lühisvool määrab ära paneeli maksimaalse väljundvoolu. Väga oluline on ka paneeli efektiivsus. Efektiivsus määratakse standardtingimustel, kuid reaalses rakenduses sõltub efektiivsus paneeli töötemperatuurist.

Taaskasutamine

Päikesepaneelide klaasist ning metallist detailid on võimalik uuesti kasutusse võtta. Samuti on taaskasutatavad kuni 95% paneelide pooljuhtmaterjalidest. [5]

  • Ränikristallidel põhinevad paneelid purustatakse ning nendest eraldatakse klaas, plastik ning metall. Võimalik on taaskasutada üle 80% päikesepaneelist (massi järgi). Kuna paneele kattev kaitsev klaasikiht on sarnane ehituses või autotööstuses kasutatavale klaasile, on võimalik seda taaskasutada näiteks klaasvilla või vahtklaasi tootmiseks. [5] [6]
  • Ränil mitte-põhinevate paneelide taaskasutamine on keerulisem ning nõuab spetsiaalseid tehnoloogiaid: üks levinumaid viise on kasutada erinevaid keemilisi vanne materjalide eraldamiseks. Näiteks Cd-Te põhinevad paneelid purustatakse ning jagatakse seejärel erinevateks koostisosadeks. Sellise meetodiga on võimalik uuesti kasutada kuni 90% klaasist ning 95% pooljuhtmaterjalidest. [5] [6]

Alates 2010. aastast toimuvad Euroopas iga-aastased konverentsid, mis toovad kokku tootjad, taaskäitlejad ning uurijad, et arutada taaskasutuse tulevikumeetodite üle. [7]

Tarbimine ning hinnad

Päikesepaneelide müügiedu mõõdetakse paigaldatud süsteemide võimsuse alusel. Kui 2000. aastal installeeriti 277 MW väärtuses päikesepaneele, siis aastal 2011 oli see number 29 665 MW. Kumulatiivne installeeritud võimsus on kasvanud samal perioodil 1425 MW-lt 69 684 MW-ni, seega peaaegu 50 korda. Prognoositakse ka installatsioonide kasvu tulevatel aastatel. 2011. aastal osteti päikesepaneele regionaalselt kõige rohkem Euroopas, ületades ülejäänud maailma tarbimist mitmekordselt. Euroopas tarnitakse kõige rohkem päikesepaneele Saksamaale ning Itaaliasse. [8] [9]

Koos tarbimise tõusuga ning konkurentsi tihenemisega on langenud ka päikesepaneelide hind. Päikeseelementide tootmiskulu on perioodil 2006 kuni 2011 langenud üle kahe korra. [10] Sellega kaasnevalt on langenud seadmekomplektide hind ka lõpptarbija jaoks: Saksamaa näitel on aastatel 2006 kuni 2011 jaehind langenud samuti üle kahe korra. [11]

Erinevad kinnitussüsteemid

Kautsele paigutatud päikesepaneelid

Katusel paiknevad paneelid

Üks kõige populaarsemaid viise paneelide paigaldamiseks on nende katusele monteerimine, kuna nii kasutatakse ära muidu tühjalt seisev pind. Võrreldes maapinnal paiknevate rakistega on katusele monteeritud päikesepaneelid odavamad ning vähem keerukad, kuna kinnitussüsteem on lihtne. Paneelide paigutamine võib osutuda keerukamaks, kui katus on ebatraditsioonilise kujuga. Tihti osutuvad mureallikateks läheduses paiknevad kõrged puud, mis paneelid varju jätavad. Et säilitada päikesepaneelide maksimaalset väljundvõimsust, tuleb nende pinda aeg-ajalt puhastada. Tavaliselt piisab sellest, kui paneelidele vihma sajab, kuid vihmavaestes piirkondades võib katusel asetsevate paneelide puhastamine tülikaks osutuda. [12]

Maapealsed rakised

Maapealsete rakiste suureks eeliseks on nende paindlikkus: päikesepaneele saab paigutada maapinna suhtes erinevate nurkade alla ning sellega optimeerida paneelide tootlikkust. Katusele paigutatud paneelidega on see oluliselt keerulisem, kuna katuse kalle ning suund on määratud. Maapealsed paneelid on ka rohkem avatud tuulele, seega on nad paremini jahutatud. Maapealseid rakiseid kasutatakse enamasti just päikesejaamades, mis paiknevad suurel territooriumil ning toodavad energiat kümnetes või sadades megavattides. Sellistes parkides lisatakse rakisele tihti ka päikesejälgijad. [12]

Päikesejälgijad

Päikesejälgijatega süsteem tuvastab päikese asukoha ning korrigeerib paneelide suunda, et need paikneksid alati päikese poole. Tegemist on aktiivse süsteemiga ning paneelide liigutamiseks on üldjuhul vaja mootoreid. Kuna tegemist on liikuva süsteemiga, on sellise süsteemi ehitamine ning hooldamine samuti kallim ning keerulisem. Päikesejälgijatega süsteemid võivad tugevama tuule korral kahjustusi saada. Fikseeritud süsteemid on tuule suhtes oluliselt vastupidavamad. [13]

Päikesepaneelid kosmoses

Päikesepaneelid ESTCube-1 kere küljes
Päikesepaneelid rahvusvahelise kosmosejaama küljes

Päikesepaneelid on toiteallikaks enamikule meie päikesesüsteemis opereerivatele tehiskaaslastele. Esimest korda kasutas päikeseenergiat ameeriklaste satelliit Vanguard-1 1958. aastal. Vanguard-1 kere külge kinnitati päikesepaneelid, mille efektiivsus oli 10% ning mis tootsid kokku alla 1 W elektrienergiat. Esimestel päikeseenergiat kasutavatel tehiskaaslastel olid paneelid kinnitatud kere külge, kuid aja jooksul kasvas vajadus energia järele ning kere pindalast jäi väheseks. [14]

Selle probleemi lahenduseks töötati välja paljudest paneelidest koosnev lahtivolditav süsteem. Sellised süsteemid suudavad toota küll rohkem energiat, kuid lisavad satelliidile massi. Ka on paneelide lahtivoltimiseks vajalikud mehaanilised lahendused keerulised. Viimaste aastakümnete jooksul toimunud tehnoloogiline areng on viinud kergemate ning töökindlamate mehhanismide suunas. Suur hüpe on toimunud ka päikesepaneelide tehnoloogias. Kui Vanguard-1 paneelid olid kõigest 10% kasuteguriga, siis tänapäevased päikeseelemendid on 30% hüveteguriga [15] ning arendatakse ka juba 35% kasuteguriga elemente [16].

Vaata ka

Päikeseelement

Viited

  1. ↑ EIC. "EIC Diodes in Solar photovoltaic (PV) Systems" (pdf) (inglise keeles). Vaadatud 8.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  2. ↑ SolarContact. "How To Compare Solar Panels" (inglise keeles). Vaadatud 7.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  3. ↑ "The Median Degradation Rate for PV Solar Panel Modules" (inglise keeles). 2011. Vaadatud 7.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  4. ↑ SolarEnergy (2009). "Guide to Understanding Solar Warranties" (inglise keeles). Vaadatud 7.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 Lisa Krueger. "Overview of First Solar's Module Collection and Recycling Program" (pdf) (inglise keeles). Vaadatud 3.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  6. ↑ 6,0 6,1 K.Wambach, S. Schlenker, A. Müller, B. Konrad. "A Voluntary Take Back Scheme and Industrial Recycling of Photovoltaic Modules" (pdf) (inglise keeles). Vaadatud 3.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  7. ↑ "3rd International Conference on PV Module Recycling" (inglise keeles). 2013. Vaadatud 7.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  8. ↑ EPIA (2012). "Global market outlook for photovoltaics until 2016" (pdf) (inglise keeles). Vaadatud 1.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  9. ↑ SolarPlaza (2012). "Top 10 World's Biggest PV Markets" (inglise keeles). Vaadatud 6.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  10. ↑ Galen Barbose, Naïm Darghouth, Ryan Wiser (2012). "Tracking the Sun V" (pdf) (inglise keeles). Vaadatud 1.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  11. ↑ SolStats (2012). "Solar panel prices – drop by half over the last 5 years" (inglise keeles). Vaadatud 6.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  12. ↑ 12,0 12,1 getSolar. "Solar Roof vs. Ground Installation" (inglise keeles). Vaadatud 6.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  13. ↑ Solarize Energy. "Solar trackers: Pros and cons" (inglise keeles). Vaadatud 6.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  14. ↑ P. Alan Jones & Brian R. Spence. "Spacecraft Solar Array Technology Trends" (pdf) (inglise keeles). Vaadatud 3.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  15. ↑ W. Köstler, M. Meusel, T. Kubera, T. Torunski (2011). "TRIPLE JUNCTION SOLAR CELLS WITH 30.0% EFFICIENCY AND NEXT GENERATION CELL CONCEPTS" (pdf) (inglise keeles). Vaadatud 3.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  16. ↑ G.F.X.Strobl, D.Fuhrmann, W.Guter, V.Khorenko,W.Köstler, M.Meusel (2012). "ABOUT AZUR'S "3G30-advanced"SPACE SOLAR CELL AND NEXT GENERATION PRODUCT WITH 35% EFFICIENCY" (pdf) (inglise keeles). Vaadatud 3.05.2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
Pooljuhtseadised
Dioodid
Transistorid
Türistorid
Elektrovaakum-
seadised
Optoelektroonika
seadised
Piesoelektrilised
komponendid
Passiivkomponendid
Takistid
Kondensaatorid
Induktiiv-
komponendid
Muud komponendid
ja seadised
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Päikesepaneel&oldid=3641498"