Päikesepaneel

Päikesepaneeli algne komponent (vähim koostisosa) on päikeseelement – suurepinnaline fotoelement, mis muundab päikesekiirguse energiat vahetult elektrienergiaks. Ühe elemendi pinge on 0,5 V ja saadava elektrivoolu tugevus oleneb peamiselt elemendi valgust neelava pinna suurusest, kuid ka kasutatavatest pooljuhtmaterjalidest ja elemendi ehitusest.

Suuremate pinge- ja võimsusväärtustega elektritoiteallika saamiseks ühendatakse elemendid jadamisi päikesemooduliks ja moodulid omakorda päikesepaneeliks. Moodulite võimsus võib olla mõnest millivatist (nt käekellas) kuni paarisaja vatini. Paneelid ühendatakse omakorda vajaliku võimsuse saamiseks paneelisüsteemiks.

Päikesepaneelidest moodustatud süsteem (PV-süsteem) on võimalik ühendada kohaliku vahelduvvooluvõrguga. Et päikesemoodulid ja -paneelid on alalisvooluallikad, ühendatakse nad vahelduvvooluvõrku läbi vaheldi ehk inverteri. Niisuguse muundusseadme abil on võimalik saada elektritarvititele vajalikku vahelduvvoolu ka eraldi paneelisüsteemist. Harilikult kuulub siis fotoelektrilisse süsteemi energiasalvestina akupatarei, samuti mõõte- ja lülitamisseadised. Need kokku võivad moodustada kompaktse (ka teisaldatava, kaasaskantava) päikesegeneraatori.

Paneelide tunnussuurusi mõõdetakse standardtingimustes: energiatihedus 1000 W/m², valguskiirguse spekter, mis sarnaneb 35. laiuskraadi suvise päikesevalguse omaga temperatuuril 25 °C.^[1]

Päikesepaneelide kõige olulisemad tunnussuurused on järgmised:

• Nimivõimsus väljendab seda, kui palju toodab uus paneel standardsetes tingimustes elektrienergiat. Päikesepaneelid vananevad aja jooksul, tüüpiliselt väheneb maksimaalne võimsus umbes 0,5 protsenti aastas.^[2] Tihti annavad tootjad garantii, et tootlikkus püsib vähemalt 10 aastat 90% tasemel ja 25 aastat pärast paneeli kasutusse võtmist 80% tasemel.^[3]
• Avaahelapinge (pinge koormamata paneelil) näitab seda, kui suur on pinge, mis paneeli väljundis tekkida saab.
• Lühisvool määrab ära paneeli maksimaalse väljundvoolu.
• Pinge ja vool maksimaalses võimsuspunktis iseloomustavad paneeli suurimat võimsust.
• Paneeli efektiivsust väljendab energiamuundamise kasutegur (standardtingimustel); reaalses rakenduses sõltub efektiivsus näiteks paneeli töötemperatuurist.

Päikeseelementide tootmiskulu on perioodil 2006–2011 langenud üle kahe korra.^[4] Sellega kaasnevalt on langenud seadmekomplektide hind ka lõpptarbija jaoks.^[5]

Üks kõige levinumaid viise paneelide paigaldamiseks on nende katusele monteerimine, kuna nii kasutatakse ära muidu tühjalt seisev pind. Võrreldes maapinnal paiknevate paigaldistega on katusele monteeritud päikesepaneelide süsteem odavam, sest kinnitamine on lihtsam. 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.^[6]

  Pikemalt artiklis Päikeseelektrijaam

Paneelisüsteemide maapealset paigaldust kasutatakse enamasti just päikeseelektrijaamades, mis paiknevad suurel territooriumil ja toodavad energiat kümnetes või sadades megavattides. Niisugustes jaamades võib olla sektsioonidesse ja rühmadesse ühendatuna sadu tuhandeid mooduleid võimsusega 50–1000 W.

Maapealsetes paigaldistes saab paneelid paigutada maapinna suhtes erinevate nurkade alla ja sellega optimeerida paneelide tootlikkust. Sellistes nn päikeseparkides on tihti kasutusel päikesejärgimissüsteem,^[6] mis tuvastab päikese asukoha ja korrigeerib paneelide asendit, et need paikneksid alati päikese poole. Nii saadakse suurem kasutegur – kuni 20 %.

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 % ja koguvõimsus alla 1 W. Esimestel päikeseenergiat kasutavatel tehiskaaslastel olid paneelid kinnitatud kere külge, kuid aja jooksul kasvas vajadus energia järele ja kere pindalast jäi väheseks.^[7] Selle probleemi lahendamiseks töötati välja paljudest paneelidest koosnev lahtivolditav süsteem. Viimaste aastakümnete jooksul toimunud tehnoloogiline areng on andnud selleks järjest kergemaid ja töökindlamaid mehhanisme. Suur hüpe on toimunud ka päikesepaneelide tehnoloogias, mille tulemisena on tänapäevastel päikeseelementidel kasutegur üle 35%.^[8]

Päikesepaneelide klaasist ja metallist detailid on võimalik uuesti kasutusse võtta. Samuti on taaskasutatavad kuni 95% paneelide pooljuhtmaterja]idest.^[9]

• Ränikristallidel põhinevad paneelid purustatakse ning nendest eraldatakse klaas, plast ja metall. Võimalik on taaskasutada üle 80 % päikesepaneelist (massi järgi). Kuna paneele kattev kaitsev klaasikiht sarnaneb ehituses või autotööstuses kasutatava klaasiga, on võimalik seda taaskasutada näiteks klaasvilla või vahtklaasi tootmiseks.^[9][10]
• Ränil mittepõhinevate paneelide taaskasutamine on keerulisem ning nõuab spetsiaalseid tehnoloogiaid. Näiteks Cd-Te põhinevad paneelid purustatakse ja sorditakse seejärel erinevateks koostisosadeks. Sellise meetodiga on võimalik uuesti kasutada kuni 90% klaasist ja 95% pooljuhtmaterjalidest.^[9][10]

Alates 2010. aastast toimuvad Euroopas iga-aastased konverentsid, mis toovad kokku tootjad, taaskäitlejad ja uurijad, et arutleda taaskasutuse tulevikumeetodite üle.^[11]

• Päikeseelement
• Päikesemoodul

• Päikesepaneel