Bir güneş paneli bir kısmını dönüştüren bir cihaz olan güneş ışını içine ısı veya elektrik enerjisine kullanılarak, termal ya da fotovoltaik güneş kolektörleri sırasıyla.
Üç tip güneş paneli vardır:
Her üç durumda da, paneller yaklaşık 1 ile sınırlı bir alana sahip, genellikle düz m 2 kolaylaştırmak ve optimize yüklemesi. Güneş panelleri, çoğu güneş enerjisi toplama tesisatının temel bileşenleridir .
Karlılık ve yatırımların bazı parametrelere bağlıdır.
Termal sensörler bile yüksek enlemlerde (kuzey Fransa, Belçika, Kanada, içinde, çok güneşli bölgelerde maliyet etkin olan vs. ) .
Güneş panelleri ısı olumsuz sensörlerin performansını etkileyen rağmen, çok güneşli bölgelerde daha karlı. Bu , hem büyük tüketiciler hem de büyük potansiyel üreticiler olan güney Avrupa ülkelerinin (İtalya, Portekiz vb. ) büyük enerji santrallerinin kurulumuna yönelik coşkusunu açıklıyor .
Fotovoltaik güneş panellerinin verimliliği, güneş ışınımının elektriğe dönüştürülen kısmı olarak tanımlanmaktadır . Amorf silikon paneller için %6 ile %8 arasında değişmekte olup, laboratuvarda elde edilen en verimli hücreler için %46'ya ulaşmaktadır. Şu anda ortalama yüzde 14,5.
Green Building géonef , İngiltere'de Amerikalı mimar Mike Reynolds'tan bağımsız .
Fotovoltaik kurulum binaya entegre içinde, Almanya .
Heliotrop , Almanya'daki Freiburg im Breisgau'dan .
Ekolojik ev de Biyosfer sitesinde üzerindeki Ile Sainte-Helene , Quebec .
Dağ Barınağı ait Aigüestortes Milli Parkı ve Gölü Aziz Maurice , Pyrenees .
Güneş enerjisinin potansiyeli öyledir ki, güneşin yaydığı ve Dünya'nın yaklaşık bir saat içinde aldığı enerji, tamamen geri kazanılırsa, bir yıl boyunca insanlığın enerji ihtiyacını karşılayacaktır. Teoride, 344 km (120.000 km 2 ) kenarlı bir güneş paneli karesi dünyanın tüm elektrik ihtiyacını karşılayabilir, bir fotovoltaik kurulumun verimliliği %15 ila 17 arasında tahmin edilmektedir (2007'de Avrupa'da) , yani 160 kWh / yıl / m 2 (veya 160 GWh / yıl / km 2 19,000 olarak tahmin küresel ihtiyaçları olan) TWh , 2006 yılında). Durumunda Yirmi Yedi Avrupa 3000 tüketir, TWh yılda, 137 lik bir alanı başına Km tarafında (yani 19.000 km 2 , gerekli olurdu) ise Fransa (500 durumunda TWh ), bunu 56 km yanlamasına ulaşmalıdır (3.100 km 2 ).
Merkez Güneş THEMIS ait EDF , Doğu Pireneler .
Colle des Mées fotovoltaik güneş enerjisi santrali parkı , Alpes-de-Haute-Provence .
Aşağı Saksonya , Almanya'da Üreme .
Nellis Güneş Enerjisi Santrali , 72.000 14 MW panel , Nevada , Amerika Birleşik Devletleri .
Yörünge Güneş Enerjisi Santrali Projesi , NASA .
Mercedes-Benz Alpha Real 1985 güneş arabası, Mercedes-Benz Müzesi Stuttgart .
Güneş Arabası BMW Lovos 2009 BMW Müzesi içinde Münih .
Güneş arabaları , World Solar Challenge , Texas Motor Speedway , 2009.
PlanetSolar güneş teknesi içinde Miami , Florida .
İsviçre güneş uçağı Solar Impulse , Payerne , 2014.
Hubble Uzay Teleskobu , 1990.
Uluslararası Uzay İstasyonu , 2011.
Mars Pathfinder uzay sondası , 1997.
Güneş panelleri, karın kaymasını sağlamak için 60 dereceye kadar eğilebilir. Ayrıca güneş kollektörünün sıcak yüzeyi, panele yapışmış kalabilecek yığınları eritmek için yeterlidir.
Zaman denkleminden, yılın günü ve güneş kollektörünün bulunduğu yerin enleminden, küresel trigonometriyi kullanarak güneşin yüksekliğini ve azimutunu hesaplamak mümkündür . Yükselti ve azimut bilindikten sonra, düz panel kollektör üzerinde güneşin geliş açısını hesaplamak mümkündür.
Bunlar:
ve güneş ve kollektör ve azimut ve güneş ve kollektör yükseklik.O gelir :
geliş açısı nerede .
İki ana tip termal güneş paneli vardır: “su toplayıcıları” ve aerotermal sistemler (“hava toplayıcıları” ve az çok pasif parietodinamik sistemler ).
“Su” termal sensörleri Su veya daha sık olarak katkı maddeleri içeren bir soğutucu sıvı , tüplerde kapalı bir devrede dolaşır. Bir adı verilen bir mat yüzey soğurucu , bazen sadece siyah boyalı, tarafından ısıtılır güneş radyasyonu ve iletir ısı soğutucuya. Daha iyi bir performans elde etmek için tüpler vakum altında olabilir, yani aralarında vakum yapılan iki katmana sahiptirler, bu da sera etkisi elde etmeyi mümkün kılar . Solar termal paneller, altında ısı transfer sıvısının dolaştığı basit bir camlı yüzeye de indirgenebilir. Güneş enerjili su kolektörleri tipik olarak tek bir güneş enerjili su ısıtıcısında (CESI) kullanım sıcak suyu (DHW) üretmek için kullanılır . Şu anda güneş enerjisinin kullanımı için en basit ve en karlı çözümdür . Kombine güneş enerjisi sistemleri (SSC), önceki sistemi bir bina ısıtma tesisatına ekler veya doğrudan ısıtmalı bir zemin sağlar . Solar ısıtma sistemleri gelişmeye başlıyor . Bu sistemler 350 civarında tasarruf sağlayan kWh yıllık ve başına m 2 toplayıcılarının. "Hava" termal sensörleri Su yerine hava dolaşır ve emicilerle temas ettiğinde veya bir sera etkisinde ısınır . Bu şekilde ısıtılan hava, daha sonra, genellikle ısıtma ve bazen endüstriyel veya tarımsal kullanımlar (ürünlerin kurutulması) için habitatlarda havalandırılır.Fransa'da, Çevre ve Enerji Yönetim Ajansı (ADEME) tarafından 2000 yılında güneş enerjili su ısıtıcıları ve ısı üretimini teşvik etmek amacıyla başlatılan “Plan Soleil”, Devlet, bölge, belirli bölgelerden gelen teşvik yardımları sayesinde bireyleri güneş enerjisi ile donatmaya teşvik etmektedir. departmanlar ve belirli belediye grupları.
Özel evler için güneş izci / Heliostat .
Solar Decathlon güneş kolektörü içinde California .
Borulu güneş enerjisi kollektörü.
Güneş enerjisi kolektörü üzerinde yeşil çatı .
El yapımı termal güneş paneli.
Fotovoltaik güneş panelleri , seri ve paralel olarak birbirine bağlı fotovoltaik hücreleri bir araya getirir.
Yerdeki sabit desteklere veya tracker adı verilen mobil güneş takip sistemlerine kurulabilirler . İkinci durumda, elektrik üretimi sabit bir tesisata kıyasla yaklaşık %30 artar. Güneş enerjisi santralleri dışında, günümüzde daha çok konut ya da binaların çatılarında ya çatıya entegre edilmiş ya da üstüne yerleştirilmiş sabit tesisatlar bulunmaktadır . Bazı durumlarda, bina cephesine dikey paneller monte edilir. Bu eğilim, elektrik üretimi için optimal değildir; Fransa'da, optimum sabit konum, yataydan 30 ° veya amaç kışın elektrik üretimini maksimize etmekse 60 °'lik bir eğimdir. Ancak bu paneller cephe kaplamasının yerini aldığından, kaplamada yapılan tasarruf en azından kısmen daha düşük bir üretimi telafi etmektedir.
Farklı fotovoltaik teknolojiler bir arada bulunur:
Küresel panel üretimi esas olarak Çin (Çin Halk Cumhuriyeti ve Tayvan), Almanya, Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri arasında bölünmüştür. Esas olarak montaj (kapsülleme, elektronik kontrol, çerçevenin montajı, koruyucu kılıf ...) ile ilgilidir, çünkü 2010 yılında dünya fotovoltaik hücre üretiminin yaklaşık %50'si Çin'den ve %80'i Asya'dan gelmektedir. Bugün , Büyük uluslararası markalar modüllerini Asya'da ürettiriyor ve bazen ürün üzerinde bir dönüşüm adımı gerçekleştirirken, diğer büyük şirketler sadece üretimlerini fason yapıyor .
Modüller halinde monte edilen fotovoltaik hücreler üretildikten ve devreye alındıktan sonra karbondioksit (CO 2 ) yaymazlar.) veya diğer sera gazları . Bununla birlikte, üretimleri , elektrik biçimindeki somutlaştırılmış enerjiyi tüketir ve kullanım ömürlerinin sonunda atık üretirler.
2003 yılında bir yaşam döngüsü analizi , karbon dioksit, yirmi yıllık bir ömrü boyunca, CO emisyonunu gösterdi 2bir fotovoltaik panel tarafından üretilen elektrik kilovat-saat başına, ele alınan türe bağlı olarak, geleneksel bir termik güç istasyonu tarafından üretilen kilovat-saat başına emisyonların %7 ila 37'sini temsil eder . 2004 yılında Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı, bir panelin üretiminde tüketilene eşdeğer miktarda enerji üretmesinin dört yıl sürdüğünü tahmin etti.
İmalat: elektrik tüketimiBir modül, her iki tarafa ince etilen vinil asetat (EVA) katmanları ile sarılmış bir veya daha fazla mono / poli-kristal hücreden oluşur . Tamamı plastik bir desteğe ( polivinil florür , PVF'de) veya polietilen , PET'te dayanır . Aşağıda, bakır bağlantılı bir alüminyum çerçeve, hücreleri elektriksel olarak birbirine bağlar. Üstte, bir cam tabakası hücreleri korur.
Bir modülde, kütlenin %74'ü camdan oluşur, alüminyum %10'u ve çeşitli polimerler %6.5'ini temsil eder. Çinko, kurşun veya bakır gibi diğer malzemeler bulunabilir, ancak bunların miktarları düşük kalır (modülün kütlesinin %1'inden az). Tek başına fotovoltaik hücre (mono veya poli-kristal), modülün toplam kütlesinin sadece %3'ünü temsil eder.
Bunlar üretilecek en enerji yoğun hücrelerdir ve çoğu fotovoltaik üreticisi genellikle yalnızca ikincisini üretir. Bileşenlerin geri kalanı daha sonra diğer üreticilere, örneğin üretim süreçleri daha eski, daha gelişmiş ve bu nedenle son üretim süreçlerinden daha iyi optimize edilmiş koruyucu cam, alüminyum çerçeve için taşeronluk yapılır.
Hücrelerin üretimi, bir elektrik ark ocağı (EAF) ile ilk saflaştırmadan sonra çok saf silikon gerektirir . Silikon daha sonra %98-99.5 saftır (metalurjik silikon veya metalurjik dereceli silikon ). Bu işlem tek başına yaklaşık 150 kWh/kg silikon tüketir .
İkinci bir saflaştırma, sözde "güneş" silikonu (veya % 99.999 3 saflık seviyesine sahip yükseltilmiş metalürjik sınıf silikon) veya elektronik silikon (EGS, % 99.999 999 99 saflığa sahip) elde etmek için gereklidir . üç aşama ikinci saflaştırma üretimidir silan , ardından fraksiyonel damıtmayla ve son olarak ayrılmaya bağlı elektrik tüketimi 115-120 edilir kWh / kg , güneş silikon ve 350 kWh / kg , elektronik silikon.
Bu nedenle, silikonun saflaştırılmasından yonga levhalara kesilmesine kadar gereken enerjinin toplamı, monokristal hücreler için 1000 kWh/kg silikon ve polikristal hücreler için 700 kWh/kg silikondur. Mono kristalli hücreler daha etkin olan, ancak (bunların imalat sırasında daha fazla enerji gerektirir kristalizasyon , bir mono-kristal yapıda bir göre daha karmaşık olan poli-kristal yapı ).
Hücre üretimi bu nedenle enerji yoğundur. Karbon ayak izi , bu üretim kaynağı ya da kullanılan elektrik karışımı doğasına bağlıdır. Şu anda ağırlıklı olarak Asyalı, bu nedenle hidroelektrik veya Avrupa karışımlarına başvurarak %40 oranında azalabilir .
Göre Çevre ve Enerji için Yönetim Ajansı (ADEME), Fransa'da kurulu bir fotovoltaik panelin üretimi arasında ortalama olarak yayılması gerçekleşir 56 gram CO 2bir kilovat saat üretimi için (%30 belirsizlikle). Bu değer panelin kurulduğu yere göre değişir; Bu 35 ila 85 arasında değişir g CO 2Ülkenin güneyinden kuzeyine ve kullanılan teknolojiye bağlı olarak kilovat saat başına. CO 2 emisyonlarısolar PV, diğer düşük karbonlu enerji kaynaklarının çoğundan daha üstündür; örneğin, kara rüzgar türbinleri 10 yayan g CO 2üretilen kilovat saat başına ve Fransız nükleer gücü 6 g . Öte yandan, fosil yakıtların kullanımıyla ilişkili olanlardan çok daha düşüktür; Aslında, doğal gaz radyasyonu 443 gr CO 2üretilen kilovat saat başına ve kömür 960 ile 1050 g arasında .
Malzemelerin uzun mesafelerde taşınmasından kaynaklananlar gibi ikincil emisyonlar, toplam emisyonların yalnızca %0,1 ila %1'ini temsil eder.
Üretim: atık ve toksisiteGüneş panellerinin üretiminin çevre üzerindeki etkisi, yalnızca üretimleri için gerekli olan somut enerjiden değil, aynı zamanda kimyasal işlemler sırasında kullanılan çok sayıda malzeme nedeniyle oluşan atıklardan da gelir : silikanın rafine edilmesi ile yapılır. silan ve silikon katkılama gibi potansiyel olarak tehlikeli kimyasallar, az miktarda seyreltik diboran ve fosfin içeren gazlarla yapılır . Bu gazlar oldukça yanıcıdır. Normal zamanlarda tehlike oluşturmazlarsa, bir kaza veya sızıntı durumunda fabrika çalışanlarının sağlığına ciddi şekilde zarar verebilirler. Silika ve silan tozu ayrıca silikozis gibi solunum yolu hastalıklarına neden olabilir
Şu anda, araştırmalar , Çevre ve Enerji Yönetim Ajansı tarafından desteklendiği üzere bu malzemeleri azaltmayı veya yeniden kullanmayı amaçlamaktadır : “Temel olarak kimyasal yollarla gerçekleştirilen silikon saflaştırma adımı, özellikle 'düşük çevresel etkiye sahip fiziksel süreçlerle değiştirmek için araştırma konusunu içerir. . Diğer eylemler, gofret üretim işleminden sonra testere çamurunda bulunan silikonu geri kazanmayı veya hatta belirli ince film teknolojilerinde kullanılan kimyasal banyoları geri dönüştürmeyi amaçlar. "
geri dönüşümBir güneş modülündeki bileşenlerin çoğu (bazı yarı iletken malzemelerin %95'ine kadar), tüm camlar ve büyük miktarlarda demirli ve demirsiz metaller geri kazanılabilir ve geri dönüştürülebilir.
Avrupa Birliği'ndeki PV CYCLE (ler) gibi bazı özel şirketler ve kar amacı gütmeyen kuruluşlar, ömrünü tamamlamış fotovoltaik paneller için toplama ve geri dönüşüm sistemleri kuruyor . 2010 yılından bu yana, yıllık bir konferans, fotovoltaik panellerin geri dönüşümünün geleceğini incelemek için üreticileri, geri dönüşümcüleri ve araştırmacıları bir araya getiriyor.
Fransa'da, sondan beri ağustos 2014, genişletilmiş üretici sorumluluğu çerçevesinde , üreticiler, ithalatçılar ve bayiler, geleneksel evsel atıklara (WEEE) ek olarak kullanılmış fotovoltaik panelleri ücretsiz ve satın alma zorunluluğu olmadan geri almakla yükümlüdür. Bu şirketlerin, satılan her yeni fotovoltaik toplayıcı için bir eko-katılım ile sonuçlanan bir geçiş dönemi olmaksızın, bu yeni atığın işlenmesini finanse etme ve toplama yükümlülüğü vardır . Bununla birlikte, 2010-2014 yıllarında, çeşitli anketler ve Avrupa Birliği, bu nitelikteki atıkların üçte ikisinin hiçbir zaman onaylanmış yeniden işleme merkezlerine ulaşmadığını, ancak çöplükte veya yurt dışında sona erdiğini tahmin ediyor . Yeni tahsilat oranı hedefleri , 2016'dan itibaren, önceki üç yılda satılan ekipmanın ağırlığının %45'idir (bu oran 2019'da %65'e çıkarılacaktır). Bu metin ayrıca, WEEE'nin yurtdışına gönderileri ile ilgili olarak daha kısıtlayıcıdır.
En yaygın geri dönüşüm çözümlerinden ikisi şunlardır:
Silikon bazlı modüller Alüminyum çerçeveler ve buatlar proses başlangıcında manuel olarak demonte edilir. Modül daha sonra ezilir. Bu işlemden kaynaklanan farklı fraksiyonlar demirli ve demirsiz metaller, cam ve plastiktir ve ortalama geri dönüşüm kotası %80'e yakındır (girdi ağırlığı). Örneğin, fotovoltaik panellerden elde edilen cam, cam elyafı veya yalıtım sektörüne yeniden dahil edilmek üzere standart cam ile karıştırılır. Bir PV modülünün morfolojisi ve bileşimi, bina ve otomotiv endüstrisinde kullanılan düz camınkine benzer olduğundan, bu işlem düz cam geri dönüştürücüler tarafından gerçekleştirilebilir. Silikonsuz fotovoltaik paneller Silikonsuz fotovoltaik panellerin geri dönüşümüne özel teknolojiler geliştirilmiştir. Bazıları, fotovoltaik panellerin farklı bileşenlerini ayırmak ve ayırmak için kimyasal bir banyo kullanır. Kadmiyum tellür paneller için geri dönüşüm süreci, panelin ezilmesiyle başlar ve daha sonra farklı fraksiyonların ayrılmasıyla sonuçlanır. Bu işlem, camın %90'ına ve yarı iletken malzemelerin %95'ine kadar geri kazanımını mümkün kılar. 2010'larda, özel şirketler tarafından birkaç geri dönüşüm tesisi oluşturuldu .Piller de geri dönüştürülmelidir: birçok fotovoltaik tesis elektrik şebekesine bağlı olmasına rağmen , bazıları otonom olarak çalışır. Gün boyunca üretilen enerji, özel akülerde (daha yavaş boşalır ve sık sık sığ deşarjlara daha iyi dayanır, akü ile modül arasına bir regülatör takılır) ve bazen arabalarınkine benzer akülerde depolanır. Bir pilin ömrü dört ila beş yıldır ( bazı yeni modeller için yedi ila onbeş yıl ) ve değerli ve/veya zehirli metaller ve ürünler (genellikle kurşun ve asit) içerir. 25 yıl dayanabilen bir fotovoltaik panel için iki ila altı kez geri dönüşüm yapılması gerekecektir piller ( mevcut teknolojilerle ).
Teknik ilerleme sayesinde yeni nesil güneş panelleri artık daha estetik. Bunun nedeni, modüllerin termal yönetimindeki gelişmelerin yanı sıra çatılarla iyi uyum sağlayan koyu lacivert düz panellerin üretilmesine izin veren monokristal hücrelerin ilerlemesidir . Güneş karoları gibi yeni silikonsuz teknolojiler, yakında şeffaf güneş panellerine izin verecek.
2012'den 2018'e kadar Çin , kendisini bir dünya lideri olarak kurdu. 2018'de, fotovoltaik modüllerin %70'i orada üretildi, bazen Enerplan'a (Fransız güneş şirketlerini temsil eden) göre Fransa'dakinden %25'e kadar daha ucuzdu. 2012'den bu yana, aynı zamanda yenilenebilir enerjilerde dünyanın önde gelen yatırımcısı oldu , ancak hala planlanan tüm güneş parklarını birbirine bağlayacak yeterli altyapıya sahip değil, bu da Çinli üreticilerin yurtdışında daha fazla panel satmasına neden oldu. Buna karşılık, 2018'in başlarında Amerika Birleşik Devletleri , Çin panellerinde tarifelerde bir artış başlattı .
In Avrupa Birliği hangi bir uygulamaya itti, 2017 yılında, güneş toplam elektrik tüketiminin% 3'e ulaşmıştır ancak, Çin rekabeti ile karşı karşıya, Avrupa, bazı 30.000 işlerini kaybetme riski bulunduğu karşıtı -dumping ayında% 11.8Haziran 2013, daha sonra iki ay sonra Çin'den ithal edilen panellerde %47.6 oranında. Avrupa, özellikle Çin'i, Avrupa'da güneş panellerini üretim maliyetinden daha düşük bir fiyata satmasına izin veren güneş paneli üreten şirketleri aşırı sübvanse etmekle suçluyor ve güneş enerjisi endüstrisini korumak için bu önlemleri Ağustos 2018'e kadar uzattı. 2017 yılında, Avrupa Komisyonu , yüz üreticinin Çin rekabeti karşısında iflas ettiği ve ayrıca fabrikalar kurarak adapte olduğu üreticiler federasyonu "EU Prosun" un protestolarına rağmen, on sekiz ay boyunca bu önlemleri kademeli olarak azaltmayı başlattı. Türkiye'de veya Çek Cumhuriyeti'nde ve örneğin 2016 yılında Çinli Trina Solar (dünya lideri) tarafından Dutch Solland Power'ın satın alınmasıyla Avrupa şirketlerini satın alarak . Fotovoltaik parkları temsil eden SolarPower Europe federasyonuna göre, bu parklar yine de Avrupa'da gelişmeye devam edecek.