Типы солнечных батарей: рейтинг по КПД для дома и дачи

By alexxlab Posted on 21.05.202112.05.2021 Category :

Разное

Содержание

рейтинг по КПД для дома и дачи

Новый мировой рекорд: эффективность солнечных батарей повысили до 29,15%

Научно-исследовательская группа Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) описала в журнале Science разработку тандемного солнечного элемента из перовскита и кремния. Его КПД составил 29,15%. На текущий момент — это новый мировой рекорд. Предыдущие показатели КПД были в районе 28%. Исследователи планируют довести эффективность тандемного солнечного элемента до 30% и даже превысить этот показатель.

Для солнечных элементов базовым материалом является кремний, а разработки с использованием перовскита (титаната кальция) ведутся параллельно. Ученые думают, что возможности перовскита еще не раскрыты и используя оба материала, они получают прирост эффективности.

Солнечные элементы, состоящие из двух полупроводников с различной шириной запрещенной зоны, способны демонстрировать высокую эффективность по сравнению с отдельными элементами, так как тандемные элементы полнее используют солнечный спектр. В частности, обычные кремниевые солнечные элементы главным образом эффективно преобразуют в электрическую энергию инфракрасную часть солнечного спектра, в то время как соединения перовскита могут эффективно преобразовывать видимую часть спектра, повышая КРД тандема.
Использование перовскита и кремния не увеличивает стоимость солнечных панелей.

Виды солнечных батарей

Современные солнечные комплексы работают на различных видах фотоэлектрических панелей, обладающих своими особенностями и параметрами. Все виды солнечных батарей создавались для достижения максимальной эффективности, производительности, получения стабильных и равномерных результатов. Несмотря на заметную разницу в показателях, все разновидности активно используются, демонстрируя свои лучшие качества в предлагаемых условиях.

Постоянные разработки новых образцов фотоэлектрических материалов привели к появлению большого количества солнечных панелей. В их число входят:

кремниевые, в т. ч. моно- и поликристаллические, аморфные виды
из теллурида кадмия
полупроводниковые панели из селена, индия, галлия и меди (CIGS)
полимерные модули

По механическим свойствам различают:

жесткие
гибкие (тонкопленочные)
одно- и двухсторонние панели

Все разновидности демонстрируют высокие эксплуатационные качества — они практически не требуют обслуживания, нуждаясь только в очистке рабочей поверхности от пыли, ухудшающей прием солнечной энергии фотоэлементами.

Кремниевые

Солнечные панели из кремния являются наиболее распространенными из всех видов. Технология их производства хорошо отработана, производители сумели добиться максимальной эффективности продукции, повторяемости результата. Все виды солнечных панелей, использующиеся в солнечных комплексах, делятся на три основные группы:

монокристаллические
поликристаллические
аморфные

Технология их производства заметно различается, общим признаком остается только базовый материал изготовления. Отличаются они и по эффективности, особенностям использования.

Однако, все разновидности кремниевых панелей лидируют среди альтернативных вариантов по производительности (моно- и поликристаллические) или стоимости (аморфные). Рассмотрим их внимательнее:

Монокристаллические

Среди всех существующих разработок наиболее эффективными являются монокристаллические кремниевые панели. Несмотря на довольно высокую цену, они востребованы и являются для пользователей наиболее предпочтительным вариантом. Особенность этих фотоэлектрических элементов в том, что они являются тонким срезом с единого кристалла кремния.

Технология выращивания состоит в опускании правильного эталонного кристалла малого размера в расплав кремния. Этот небольшой образец становится основой для роста большого кристалла, который, по достижении нужного размера, распиливают на тонкие пластинки. Форма близка к цилиндру, поэтому отдельные элементы имеют срезанные края.

По этому признаку, а также по цвету, монокристаллические панели легко отличить от любых других видов — они черные и по всей площади панели имеют металлические защитные крышки на точках соединения срезанных углов.

КПД таких модулей составляет 18-22 %, долговечность — около 25 лет (и более). Единственным недостатком считается высокая стоимость монокристаллов.

Поликристаллические

Поликристаллические элементы созданы для ускорения и удешевления производственного процесса. Выращивание монолитного кристалла — длительный и дорогостоящий процесс, что отрицательно отражается на себестоимости.

Поликристаллические панели делают из отливки, полученной после розлива расплавленного кремния в формы. Застывшую массу разрезают на тонкие пластинки, которые и становятся основой для панелей. Их КПД составляет 12-18 %, цена ниже примерно на 20 %. Внешне поликристаллические панели легко отличить по синему цвету и отсутствию каких-либо дополнительных элементов.

Дешевизна и относительно высокие технические характеристики сделали поликристаллические элементы наиболее распространенными среди всех остальных видов. Особенностью, увеличивающей возможности модулей, является способность вырабатывать электроэнергию в пасмурную погоду. Это подходит для многих северных регионов или районов с малым количеством солнечных дней.

Различия моно- и поликристаллических панелей

Основная разница между этими разновидностями состоит в ориентации микрочастиц кремния. В монокристалле они все направлены в одну сторону и способны с максимальной эффективностью получать солнечную энергию. У поликристаллов элементы расположены хаотично, что снижает общую производительность.

Этим же объясняется их способность работать в пасмурную погоду — есть примерно равное количество элементов, оптимальным образом расположенных к свету любой направленности. У монокристалла изменение положения лучей сразу снижает выработку энергии у всей панели. Поэтому для регионов с низкой инсоляцией выбор поликристаллических панелей будет более оправданным и эффективным.

Аморфные

Эти панели сочетают в себе и достоинства, и недостатки жестких кремниевых образцов. Они изготавливаются методом напыления на гибкую основу слоя кремния. Это делает панель гибкой и способной к установке на рельефную поверхность. В результате появляется возможность получать энергию в течение для в более равномерном и стабильном режиме.

Их КПД составляет всего 5-6 %, но работоспособность значительно выше — только аморфные панели начинают давать энергию в условиях слабой освещенности, когда моно- и поликристаллические элементы еще не готовы к работе.

Современные аморфные панели третьего поколения способны развивать КПД до 12 %, но их цена пока слишком велика для такой эффективности. Основная особенность этих элементов состоит в хорошей производительности при высокой температуре среды. Кроме этого, на производство уходит всего 10 % кремния, что значительно снижает себестоимость.

Пленочные

Известно, что кремний плохо поглощает солнечный свет в инфракрасном диапазоне. Это заметно снижает производительность и эффективность панелей. Пленочные типы солнечных панелей создавались для того, чтобы устранить этот недостаток. Они изготовлены из арсенида галлия, теллурида кадмия или селенидов меди, галлия, индия. Эти материалы хорошо поглощают энергию солнца во всех диапазонах, причем, толщина слоя может составлять всего несколько микрон против 100-300 мкм для кремниевых образцов.

Пленочные панели представляют собой два слоя гибкой прозрачной основы, между которыми напылены те или иные материалы. В среднем, КПД пленочных модулей не превышает 11-13 %, но в некоторых случаях отмечается 18 и даже 20 %.

Производство пока находится в начальной стадии. Виной этого является недостаток индия, сложности работы с галлием и другие технологические проблемы.

Полимерные

Дороговизна и прочие недостатки кремниевых солнечных панелей вызвали рост разработок, призванных решить существующие проблемы, снизить цены и улучшить качество модулей. Одним из наиболее перспективных направлений считаются полимерные солнечные батареи.

Они состоят из слоя специального полимера, нанесенного на гибкую основу, и алюминиевых токопроводящих дорожек. Эти панели обладают заметными преимуществами:

компактность
малый вес и размер
гибкая структура позволяет монтировать на рельефные поверхности
сравнительно низкая себестоимость

Основным недостатком полимерных панелей долгое время считалась низкая эффективность. Однако, в последнее время состоялся ряд открытий, сделанных учеными из разных стран. В результате удалось повысить показатели модулей до вполне конкуреноспособных значений.

Сегодня полимерные типы солнечных батарей демонстрируют КПД 6,5 % при относительно низкой освещенности поверхности.

Лидерами в производстве этих фотоэлектрических элементов являются датские производители. В целом, промышленное производство пока находится в зачаточном состоянии, но, с увеличением качества и эффективности, количество изготовителей резко возрастет.

Фотосенсибилизированные

В настоящее время эти изделия являются лишь опытными образцами, прототипами промышленных панелей. Основным элементом является т. н. ячейка Гретцеля, которая представляет собой стеклянную проводящую колбу, заполненную красителем.

Он нужен для более активного поглощения света и является непосредственной средой выработки энергии. При поглощении солнечных лучей происходит возбуждение одного из электронов молекулы красителя. Он проходит через несколько стадий и попадает на второй электрод, образуя электрический ток. Одновременно происходит процесс восстановления молекулы и новый цикл перехода электронов.

Считается, что панели этого типа в недалеком будущем смогут заменить кремниевые образцы. Пока они находятся в стадии отработки технологии и совершенствования конструкции, но работы ведутся весьма активно и успешно.

Концентрационные солнечные модули

Эти системы не вырабатывают ток, производя лишь тепловую энергию. Они используются для нагрева теплоносителя и подачи его в отопительный контур. Существует несколько разновидностей, но принцип действия всегда один — нагрев черной емкости с водой.

Для защиты от внешней температуры используется прозрачная защитная крышка. Есть вакуумные системы, представляющие собой двойные колбы, между которыми откачан воздух. Они способны греть воду даже при отрицательных наружных температурах, но очень хрупкие и не подлежат восстановлению.

Есть модули, в которых солнечный свет концентрируется параболическим зеркалом. В его фокус помещается резервуар с теплоносителем. Который нагревается в проточном режиме. Этот способ эффективен, но требует большого пространства и дорогостоящего зеркала.

Сравнение: виды солнечных панелей и их КПД

Сравним показатели панелей разных видов:

кремниевые — 6-8 % (аморфные), 12-18 % (поликристаллические), 18-22 % (монокристаллические)
аморфные — 8-12 %
пленочные — 11-13 % (отдельные панели показывают КПД 15 %)
полимерные — 6-8 %
фотосенсибилизированные — до 10 % (расчетные значения — 33 %)

Необходимо учитывать, что появление более эффективных образцов — вопрос совсем небольшого времени. Уже сегодня есть разработки, достигающие 44 %, хотя их стоимость пока слишком велика. Производители и ученые постоянно работают над увеличением выработки энергии панелями разных видов.

Самые эффективные солнечные батареи

Самыми эффективными признают монокристаллические панели, которые могут демонстрировать КПД до 22 %. Это промышленные образцы, которые есть в продаже.

Опытные экземпляры значительно эффективнее. Но их пока нельзя приобрести. Поэтому рассматривать возможности солнечных батарей следует только у доступных разновидностей. На втором месте находятся поликристаллические панели и некоторые модели пленочных модулей. Остальные виды пока отстают, но процесс доводки их возможностей ведется непрерывно.

Видео: опыт использования и отзывы

Цены на солнечные батареи и где купить?

Сравнительный обзор различных видов солнечных батарей

Альтернативная энергетика максимально развивается в Европе, показывая результатами свою перспективность. Появляются новые виды солнечных батарей, повышается их КПД.

При желании обеспечить работу промышленного здания или жилого помещения за счет энергии солнца, необходимо предварительно узнать об отличиях оборудования, понять, какие солнечные панели подходят под климатические условия определенного региона.

Мы поможем разобраться в этом вопросе. В статье рассмотрен принцип работы фотоэлектрических преобразователей, приведен обзор разных видов солнечных батарей с указанием их характеристик, преимуществ и недостатков. Ознакомившись с материалом, вы сможете сделать правильный выбор для обустройства эффективной гелиосистемы.

Содержание статьи:

Принцип работы солнечных панелей

Подавляющее большинство солнечных панелей являются в физическом смысле фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект возникает в месте полупроводникового p-n перехода.

Именно кремниевые пластины составляют основу себестоимости солнечных панелей, но при их использовании в качестве круглосуточного источника электроэнергии придется дополнительно купить дорогостоящие аккумуляторные батареи

Панель состоит из двух кремниевых пластин с различными свойствами. Под действием света в одной из них возникает недостаток электронов, а в другой – их избыток. Каждая пластина имеет токоотводящие полоски из меди, которые подсоединяются к преобразователям напряжения.

Промышленная солнечная панель состоит из множества ламинированных фотоэлектрических ячеек, скрепленных между собой и закрепленных на гибкой или жесткой подложке.

КПД оборудования зависит во многом от чистоты кремния и ориентации его кристаллов. Именно эти параметры пытаются улучшить инженеры последние десятилетия. Основной проблемой при этом является высокая стоимость процессов, которые лежат в основе очищения кремния и расположения кристаллов в одном направлении на всей панели.

Ежегодно максимальные КПД различных солнечных панелей изменяются в большую сторону, потому что в исследования новых фотогальванических материалов вкладываются миллиарды долларов (+)

Полупроводники фотоэлектрических преобразователей могут изготавливаться не только из кремния, но и из других материалов – при этом не изменяется.

Типы фотоэлектрических преобразователей

Классифицируют промышленные солнечные панели по их конструкционным особенностям и типу рабочего фотоэлектрического слоя.

Различают такие виды батарей по типу устройства:

;
жесткие модули.

Гибкие тонкопленочные панели постепенно занимают всё большую нишу на рынке благодаря своей монтажной универсальности, ведь установить их можно на большинстве поверхностей с разнообразными архитектурными формами.

Реальные характеристики солнечных панелей обычно ниже, чем указанные в инструкции. Поэтому перед их установкой дома желательно самому увидеть похожий реализованный проект

По типу рабочего фотоэлектрического слоя солнечные батареи разделяются на такие разновидности:

Кремниевые: монокристаллические, поликристаллические, аморфные.
Теллурий-кадмиевые.
На основе селенида индия- меди-галлия.
Полимерные.
Органические.
На основе арсенида галлия.
Комбинированные и многослойные.

Интерес для широкого потребителя представляют не все типы солнечных панелей, а только лишь первые два кристаллических подвида.

Хотя некоторые другие типы панелей и имеют большие КПД, но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения.

Галерея изображений

Фото из

Массив монокристаллических солнечных фотоэлементов

Солнечная панель на основе поликристаллов кремния

Солнечная панель в виде пленки

Фотогальванические элементы из селенида индия-меди-галлия

Фотоэлемент на основе арсенида галлия

Солнечные панели со слоем теллурида кадмия

Производство органических солнечных панелей

Солнечная батарея из полиэфира

Кремниевые фотоэлектрические элементы довольно чувствительны к нагреву. Базовая температура для измерения электрогенерации составляет 25°C. При её повышении на один градус эффективность панелей снижается на 0,45-0,5%.

Далее будут подробно рассмотрены солнечные панели, которые представляют наибольший потребительский интерес.

Характеристики панелей на основе кремния

Кремний для солнечных батарей изготавливают из кварцевого порошка – размолотых кристаллов кварца. Богатейшие залежи сырья есть в Западной Сибири и Среднем Урале, поэтому перспективы данного направления солнечной энергетики практически безграничны.

Даже сейчас кристаллические и аморфные кремниевые панели занимают уже более 80% рынка. Поэтому стоит рассмотреть их более подробно.

Монокристаллические кремниевые панели

Современные монокристаллические кремниевые пластины (mono-Si) имеют равномерный темно-синий цвет по всей поверхности. Для их производства используется наиболее чистый кремний. Монокристаллические фотоэлементы среди всех кремниевых пластин имеют самую высокую цену, но обеспечивают и наилучший КПД.

Большие монокристаллические солнечные панели с поворотными механизмами идеально вписываются в пустынные пейзажи. Там обеспечиваются условия для максимальной производительности

Высокая стоимость производства обусловлена сложностью ориентации всех кристаллов кремния в одном направлении. Из-за таких физических свойств рабочего слоя максимальный КПД обеспечивается только лишь при перпендикулярном падении солнечных лучей на поверхность пластины.

Монокристаллические батареи требуют дополнительного оборудования, которое автоматически поворачивает их в течение дня, чтобы плоскость панелей была максимально перпендикулярна солнечным лучам.

Слои кремния с односторонне ориентированными кристаллами вырезаются из цилиндрического бруска металла, поэтому готовые фотоэлектрические блоки имеют вид закруглённого по углам квадрата.

К преимуществам монокристаллических кремниевых батарей относят:

Высокий КПД со значением 17-25%.
Компактность – меньшая площадь размещения оборудования из расчета на единицу мощности, в сравнении с поликристаллическими кремниевыми панелями.
Долговечность – достаточная эффективность генерации электроэнергии обеспечивается до 25 лет.

Недостатков у таких батарей всего два:

Высокая стоимость и длительная окупаемость.
Чувствительность к загрязнению. Пыль рассеивает свет, поэтому у покрытых ею солнечных панелей резко снижается КПД.

Из-за потребности в прямых солнечных лучах монокристаллические в основном на открытых площадках или на высоте. Чем ближе местность к экватору и чем больше в ней солнечных дней, тем более предпочтительна установка именно этого типа фотоэлектрических элементов.

Поликристаллические солнечные батареи

Поликристаллические кремниевые панели (multi-Si) имеют неравномерный по интенсивности синий окрас из-за разносторонней ориентированности кристаллов. Чистота кремния, используемого при их производстве, несколько ниже, чем у монокристаллических аналогов.

Разнонаправленность кристаллов обеспечивает высокий КПД при рассеянном свете – 12-18%. Он ниже, чем в однонаправленных кристаллах, но в условиях пасмурной погоды такие панели оказываются более эффективны.

Неоднородность материала приводит и к снижению себестоимости производства кремния. Очищенный металл для поликристаллических солнечных панелей без особых ухищрений заливается в формы.

На производстве используются специальные технические приемы для формирования кристаллов, однако их направленность не контролируется. После остывания кремний нарезают слоями и обрабатывают по специальному алгоритму.

Поликристаллические панели не требуют постоянной ориентации в сторону солнца, поэтому для их размещения активно используются крыши домов и промышленных зданий.

Днем при легкой облачности преимуществ солнечных панелей из аморфного кремния заметно не будет, их достоинства раскрываются только при плотных тучах или в тени (+)

К достоинствам солнечных батарей с разнонаправленными кристаллами относят:

Высокая эффективность в условиях рассеянного света.
Возможность стационарного монтажа на крышах зданий.
Меньшая стоимость по сравнению с монокристаллическими панелями.
Длительность эксплуатации – падение эффективности через 20 лет эксплуатации составляет всего 15-20%.

Недостатки у поликристаллических панелей также имеются:

Пониженный КПД со значением 12-18%.
Относительная громоздкость – требуется больше пространства для установки из расчета на единицу мощности в сравнении с монокристаллическими аналогами.

Поликристаллические солнечные панели завоевывают всё большую рыночную долю среди других кремниевых батарей. Это обеспечивается широкими потенциальными возможностями для удешевления стоимости их производства. Ежегодно увеличивается и КПД таких панелей, стремительно приближаясь к 20% у массовых продуктов.

Солнечные панели из аморфного кремния

Механизм производства солнечных панелей из аморфного кремния принципиально отличается от изготовления кристаллических фотоэлектрических элементов. Здесь используется не чистый неметалл, а его гидрид, горячие пары которого осаждаются на подложку.

В результате такой технологии классические кристаллы не образуются, а затраты на производство резко снижаются.

Фотоэлементы из осажденного аморфного кремния можно закреплять как на гибкой полимерной подложке, так и на жестком стеклянном листе

На данный момент существует уже три поколения панелей из аморфного кремния, в каждом из которых заметно повышается КПД. Если первые фотоэлектрические модули имели эффективность 4-5%, то сейчас на рынке массово продаются модели второго поколения с КПД 8-9%.

Аморфные панели последней разработки имеют эффективность до 12% и уже начинают появляться в продаже, но они пока ещё достаточно дорогие.

За счет особенностей данной производственной технологии, создать слой кремния можно как на жесткой, так и на гибкой подложке. Из-за этого модули из аморфного кремния активно используются в гибких тонкоплёночных солнечных модулях. Но варианты с эластичной подложкой стоят намного дороже.

Физико-химическая структура аморфного кремния позволяет максимально поглощать фотоны слабого рассеянного света для генерации электроэнергии. Поэтому такие панели удобны для применения в северных районах с большими свободными площадями.

Не снижается эффективность батарей на основе аморфного кремния и при высокой температуре, хотя они и уступают по этому параметру панелям из арсенида галлия.

При одинаковой стоимости оборудования солнечные панели из гидрида кремния показывают большую производительность, чем их моно- и поликристаллические аналоги (+)

Подытоживая, можно указать такие преимущества аморфных солнечных панелей:

Универсальность – возможность изготовления гибких и тонких панелей, монтаж батарей на любые архитектурные формы.
Высокий КПД при рассеянном свете.
Стабильная работа при высоких температурах.
Простота и надежность конструкции. Такие панели практически не ломаются.
Сохранение работоспособности в сложных условиях – меньшее падение производительности при запыленности поверхности, чем у кристаллических аналогов

Срок службы таких фотоэлектрических элементов, начиная со второго поколения, составляет 20-25 лет при падении мощности в 15-20%. К недостаткам панелей из аморфного кремния можно отнести лишь потребность в бо́льших площадях для размещения оборудования требуемой мощности.

Обзор бескремниевых устройств

Некоторые солнечные панели, изготовленные с применением редких и дорогостоящих металлов, имеют КПД более 30%. Они в разы дороже своих кремниевых аналогов, но всё-таки заняли высокотехнологичную торговую нишу, благодаря своим особенным характеристикам.

Солнечные панели из редких металлов

Существует несколько типов солнечных панелей из редких металлов, и не все они имеют КПД выше, чем у монокристаллических кремниевых модулей.

Однако способность работать в экстремальных условиях позволяет производителям таких солнечных панелей выпускать конкурентоспособную продукцию и проводить дальнейшие исследования.

Панели из теллурида кадмия активно используются при облицовке зданий в экваториальных и аравийских странах, где их поверхность нагревается днем до 70-80 градусов

Основными сплавами, применяемыми для изготовления фотоэлектрических элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS).

Кадмий – токсический металл, а индий, галлий и теллур являются довольно редкими и дорогостоящими, поэтому массовое производство солнечных панелей на их основе даже теоретически невозможно.

КПД таких панелей находится на уровне 25-35%, хотя в исключительных случаях может доходить до 40%. Ранее их применяли в основном в космической отрасли, а сейчас появилось новое перспективное направление.

Из-за стабильной работы фотоэлементов из редких металлов при температурах 130-150°C их используют в солнечных тепловых электростанциях. При этом лучи солнца от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно генерирует электроэнергию и обеспечивает передачу тепловой энергии водяному теплообменнику.

В результате нагрева воды образуется пар, который заставляет вращаться турбину и генерировать электроэнергию. Таким образом солнечная энергия преобразуется в электрическую одновременно двумя путями с максимальной эффективностью.

Полимерные и органические аналоги

Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать только в последнем десятилетии, но исследователи уже добились значительных успехов. Наибольший прогресс демонстрирует европейская компания Heliatek, которая уже оснастила органическими солнечными панелями несколько высотных зданий.

Толщина её рулонной пленочной конструкции типа HeliaFilm составляет всего 1 мм.

При производстве полимерных панелей используются такие вещества, как углеродные фуллерены, фталоцианин меди, полифенилен и другие. КПД таких фотоэлементов уже достигает 14-15%, а стоимость производства в разы меньше, чем кристаллических солнечных панелей.

Остро стоит вопрос срока деградации органического рабочего слоя. Пока что достоверно подтвердить уровень его КПД через несколько лет эксплуатации не представляется возможным.

Преимуществами органических солнечных панелей являются:

возможность экологически безопасной утилизации;
дешевизна производства;
гибкая конструкция.

К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно низкий КПД и отсутствие достоверной информации о сроках стабильной работы панелей. Возможно, что через 5-10 лет все минусы органических солнечных фотоэлементов исчезнут, и они станут серьезными конкурентами для кремниевых пластин.

Какую солнечную панель выбрать?

Выбор солнечных панелей для загородных домов на широте 45-60° не труден. Здесь стоит рассматривать лишь два варианта: поликристаллические и монокристаллические кремниевые панели.

При дефиците места предпочтение лучше отдать более эффективным моделям с односторонней ориентацией кристаллов, при неограниченной площади рекомендуется приобрести поликристаллические батареи.

Ориентироваться на прогнозы аналитических компаний развития рынка солнечных панелей не стоит, ведь лучшие их образцы, возможно, ещё не изобретены

Выбирать конкретного производителя, требуемую мощность и дополнительное оборудование лучше при участии менеджеров компаний, занимающихся продажей и установкой такого оборудования. Следует знать, что качество и цена фотоэлектрических модулей у крупнейших производителей отличаются мало.

Следует учитывать, что при заказе комплекта оборудования «под ключ», стоимость самих солнечных панелей будет составлять всего лишь 30-40% от общей суммы. Сроки окупаемости таких проектов составляют 5-10 лет, и зависят от уровня энергопотребления и возможности продажи излишков электроэнергии в городскую сеть.

Некоторые мастера предпочитают собирать солнечные батареи собственноручно. На нашем сайте есть статьи с подробным описанием технологии изготовления таких панелей, их подключению и обустройству отопительных гелиосистем .

Советуем ознакомиться:

Выводы и полезное видео по теме

Представленные видеоролики показывают работу различных солнечных панелей в реальных условиях. Также они помогут разобраться в вопросах выбора сопутствующего оборудования.

Правила выбора солнечных панелей и сопутствующего оборудования:

Виды солнечных панелей:

Тестирование монокристаллической и поликристаллической панелей:

Для населения и небольших промышленных объектов реальной альтернативы кристаллическим кремниевым панелям пока что нет. Но темпы разработки новых типов солнечных батарей позволяют надеяться, что скоро энергия солнца станет главным источником электроэнергии во многих загородных домах.

Всем заинтересованным в вопросе выбора и использования солнечных батарей предлагаем оставлять комментарии, задавать вопросы и участвовать в обсуждениях. Форма для связи расположена в нижнем блоке.

Типы солнечных панелей | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

Скорее всего, вы заметили, что порядок знакомства с технологиями производства фотоэлементов был выбран не случайно – мы начали элементами с наибольшим КПД и закончил элементами с наименьшим КПД. КПД для фотоэлементов — это эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую, это значит, что чем меньше КПД тем больше площади фотоэлементов нам необходимо для обеспечения той же мощности по сравнению с элементами у которых КПД имеет более высокое значение.

Теперь неплохо бы опровергнуть распространенное заблуждение о том, что поликристаллические фотомодули более эффективно преобразовывают солнечное излучение по сравнению с монокристаллическими. А тонкопленочные по сравнению с кристаллическими. На самом деле преобразование энергии прямого солнечного излучения монокристаллических элементов происходит с наибольшей эффективностью, у поликристаллических модулей это преобразование происходит с меньшей эффективностью в связи с разной ориентацией кристаллов в элементе. Рассеянное излучение кристаллические фотоэлементы преобразовывают с одинаковой эффективностью. Поэтому доля выработки от рассеянного излучения в поликристаллических панелях выше чем в монокристаллических, а, значит и влияние ориентации на выработку ниже. У тонкопленочных элементов в связи с большей степенью беспорядочности ориентации светочувствительных элементов выработка с рассеянной части излучения составляет основную долю выработки. Поэтому и принято говорить, что на выработку тонкопленочных модулей не влияет ориентация. Но энергию солнечного излучения, не зависимо от его формы, эффективнее всего преобразовывают монокристаллические модули потому что у них КПД выше.

Фотопанели из кристаллических фотоэлементов чаще всего используются в строительстве солнечных электростанций. Обычно, срок службы фотомодулей из кристаллических элементов составляет 25 лет. Через 25 лет мощность фотоэлементов составит 80% от текущей мощности. Обычно кристаллические фотопанели производятся с непрозрачной подложкой из PVB-пластика или тефлона, покрытием из стекла или прозрачного EVA-пластика, или стекла и алюминиевой рамой.

CIS – фотомодули имеют наибольший КПД как для тонкопленочных модулей. Но эти модули подвержены коррозии от токов утечки в связи с применением электролиза в их производстве, поэтому, когда мы устанавливаем станцию на CIS фотомодулях нам необходимо обеспечить полную потенциальную развязку с AC сетью с помощью установки трансформаторного инвертора или специального разделительного трансформатора и установить по дифференциальному автомату на каждую из линий, подключенных к инвертору. CdTe – фотомодули не подвержены коррозии. Но кадмий является токсичным элементом, вызывающим острые и хронические отравления. Поэтому использованные или испорченные CdTe – фотопанели подлежат обязательной утилизации, что удорожает эксплуатацию станции. Фотопанели из аморфного кремния не подвержены коррозии и не токсичны, но имеют очень низкий КПД и их активные элементы выгорают на солнце. Обычно в течении 6 – 12 месяцев после установки происходит снижение мощности, потом эти модули выходят на установившуюся мощность. Срок службы таких модулей составляет около 10 лет. Срок службы CIS и CdTe модулей такой же, как и у кристаллических.

Тонкопленочные фотомодули чаще всего применяются в фасадных системах и дизайнерских решениях. Скорее всего, в будущем тонкопленочные модули заменят кристаллические потому что их производство дешевле и менее энергоемко. Ведь никто не заинтересован в фотопанелях на производство которых тратится больше энергии чем они способны выработать за срок службы.

Солнечные элементы. Виды и работа. Применение и особенности

Фотогальванические полупроводниковые фотоэлементы преобразуют энергию электромагнитного излучения в электрическую. По принципу действия они являются фотодиодами, не требующими приложения внешнего напряжения, и создающими электродвижущую силу самостоятельно.

Первые такие элементы были разработаны в 1926 году, в качестве полупроводникового материала использовалась закись меди. Далее были разработаны селеновые фотоэлементы. В 1958 году в США и СССР были запущены спутники с использованием солнечных батарей.

В настоящее время используются в основном кремниевые фотоэлементы, преобразующие энергию солнечных лучей, и называются подобные ячейки обычно солнечными элементами. Полупроводниковый кремний широко распространен на земле в виде диоксида кремния (обычного песка, или кремнезема).

Путем последовательного и параллельного соединения элементов создаются солнечные батареи мощностью до нескольких киловатт.

Виды солнечных элементов

Кремниевые солнечные элементы выпускаются 4 видов:

Поликристаллические.
Монокристаллические.
Тонкопленочные.
Гибридные.

Все эти виды солнечных элементов производятся по разным технологиям.

Производство солнечных элементов

Для производства поликристаллических элементов прежде всего, путем медленного охлаждения расплава кремния, выращиваются призматические заготовки квадратного сечения, разрезаемые далее на тонкие квадратные пластинки. Поверхность ячеек темного (черного) оттенка с неоднородной структурой.

Неоднородность вызывается тем, что заготовка не представляет собой единого кристалла, а состоит из большого количества кристалликов случайной ориентации.

Выращивание поликристаллов требует меньших затрат, чем производство монокристаллов, что удешевляет поликристаллические солнечные элементы в сравнении с другими типами.

Монокристаллические солнечные элементы производятся из монокристаллов кремния высокой чистоты с не более чем 0,01% примесей, и они отличаются более высокой стоимостью и эксплуатационными характеристиками, чем поликристаллические элементы.

Монокристаллы кремния выращиваются при температуре 1300 °С в виде призмы с поперечным сечением в виде многоугольника, соответственно ячейки этого типа имеют форму квадрата со скошенными углами, либо многоугольника. Монокристалличность заготовки определяет однородный характер поверхности элементов. Самый верхний слой ячейки выполнен из антиотражающего материала, придающего элементу яркий синий цвет.

Тонкопленочные солнечные элементы называют также «гибкими панелями». Производятся подобные ячейки напылением в вакууме при температуре 300 °С полупроводникового аморфного кремния на тонкую гибкую подложку из стекла, пластика или металла. Кристаллы кремния при этом осаждаются на подложке неравномерно и направлены своими осями в разные стороны случайным образом.

Как альтернатива, взамен кремния напыляются теллурид кадмия или селенид меди-индия. Слой полупроводникового материала покрывается сверху защитной пленкой. Технологии производства подобных элементов непрерывно совершенствуются. Тонкопленочные солнечные элементы отличаются минимальной толщиной (около 1 мкм) и малыми затратами на изготовление.

При производстве гибридных солнечных элементов над кристаллическим полупроводниковым материалом располагается тонкий слой аморфного полупроводника.

Принцип действия солнечных элементов

В основе работы фотоэлементов лежит давно открытое явление фотоэффекта – испускания веществом электронов под действием света или любого другого электромагнитного изучения.

Солнечный элемент представляет собой p-n переход, это по сути два соприкасающихся полупроводника разной проводимости с разделяющим слоем между ними. В p-полупроводнике электронов недостаток, а в n-полупроводнике напротив, избыток. В сторону источника излучения направлен n-полупроводник (внешний электрод), он располагается на подложке поверх p-полупроводника (внутреннего электрода). При попадании на элемент солнечных лучей электроны n-полупроводника выбиваются с атомных орбит и переходят в лежащий ниже p-полупроводник. Образуется направленный поток электронов, который можно замкнуть на внешнюю нагрузку с протеканием в ней непрерывного электрического тока.

Такой элемент является некоторым аналогом батареи с катодом (отводом от n-полупроводника) и анодом (отводом от p-полупроводника). Отрицательным полюсом этой «батареи» является внешний электрод (сетка поверх n-полупроводника), а положительным – внутренний (подложка с нанесенным p-полупроводником).

Солнечные элементы как источники питания

Освещенный светом солнечный элемент создает на своих выводах некоторую электродвижущую силу (ЭДС), значение которой зависит от интенсивности падающего на ячейку света. С увеличением освещенности ЭДС возрастает, но лишь до определенного предела (для кремниевых элементов до 0,6 В), т.е. зависимость ЭДС от освещенности нелинейная. От размеров элементов ЭДС не зависит, но она снижается примерно на 2 мВ при нагреве элемента на 1 С.

Для получения более высокой ЭДС устройства соединяют последовательно. Отдаваемый элементом ток зависит от вида элемента и падающего светового потока, в свою очередь определяемого освещенностью и площадью ячейки. Элемент с коэффициентом полезного действия (КПД) 17% размером 156 х 156 мм выдает при коротком замыкании ток 9 А. Максимальную мощность элемент выдает при просадке напряжения под нагрузкой до 0,47-0,5 В, такой режим работы элемента наиболее оптимален. Поскольку площадь ячейки ограничивается технологией изготовления (ячейка – поперечный срез кристалла ограниченных размеров), для повышения отдаваемой мощности отдельные элементы соединяют также и параллельно.

При подключении к элементу или батарее нагрузки напряжение падает, а поскольку оно зависит и от высоты солнца, состояния неба и атмосферы (в пасмурную погоду мощность световых панелей падает в 15-20 раз), солнечные электростанции снабжаются автоматическими регуляторами и буферными аккумуляторами, сглаживающими пики потребления электроэнергии и изменения интенсивности падающего светового потока.

Особенности солнечных элементов разных видов

Солнечным элементам свойственны как общие свойства, так и отличные в зависимости от их вида и технологии изготовления.

Поликристаллические солнечные элементы

Поскольку в элементах этого типа кристаллики кремния ориентированы случайно, их эффективность снижается при прямом падении солнечного света, но, в порядке некоторой компенсации, снижается незначительно при наклонном падении света. Их характеристики незначительно зависят от угловой высоты солнца и его положения на небосводе. КПД таких элементов невысок и составляет 17-20%.

Монокристаллические солнечные элементы

КПД монокристаллических элементов выше КПД поликристаллических элементов и доходит до 25%, и даже до 44% в элементах, предназначенных для космической отрасли. Эти элементы более критичны к углу падения солнечных лучей, и их целесообразно ориентировать на Солнце с изменением положения в течение дня. Хорошо работают они и при высокой облачности, а также при отрицательных температурах.

Аморфные элементы

КПД элементов из кремния низок (около 7-10%), для элементов из современных материалов он достигает 15-20%. К достоинствам этих элементов относится возможность монтажа их на изогнутых конструкциях, они хорошо работают при рассеянном освещении. К недостатку можно отнести большие размеры – вследствие низкого КПД они требуют при равенстве мощности вдвое большей установочной площади в сравнении с кристаллическими элементами. Также со временем слой аморфного кремния постепенно деградирует, и батарея теряет эффективность, примерно на 20% мощности за первые 2 года эксплуатации.

Гибридные солнечные элементы

Поскольку кристаллический кремний и аморфный кремний наиболее эффективно работают каждый в своей области солнечного спектра, при освещении солнечным светом смешанного состава общий КПД солнечного элемента повышается.

Применение солнечных элементов

Поскольку ЭДС одного элемента составляет 0,6 В, для получения достаточного напряжения их соединяют последовательно. Батарея из соединенных последовательно 36 элементов будет обладать ЭДС 0,6 х 36 = 21,6 В, а при оптимальной нагрузке будет выдавать напряжение порядка 17-18 В. Чтобы заряжать таким напряжением аккумулятор с номинальным напряжением 12 В, необходим контроллер заряда, избавляющий аккумулятор от перезаряда, а батарею от перегрузки. Подобный контроллер позволяет путем автоматического снижения напряжения увеличивать снимаемый ток, а тем самым постоянно поддерживать элементы в режиме съема максимальной в данных условиях мощности.

Изначально предполагалось, что устройства будут применяться в основном в космической промышленности и в военных целях. Солнечные батареи – основные источники питания на космических аппаратах, особо эффективны такие устройства при полетах от Земли в сторону Солнца, где мощность батарей значительно возрастает. Очень выгодно использование солнечных элементов для питания автоматических метеостанций.

В тропических и субтропических регионах с большим количеством часов солнечного сияния в году солнечные батареи позволяют решить проблемы энергоснабжения жилых домов и дач, при этом батареи размещают на крышах. В городах батареи на солнечных элементах используются для подзарядки автомобилей, а также для уличного освещения (накопленная в светлое время суток энергия расходуется в темное). Сфера применения солнечных элементов и батарей непрерывно расширяется по мере их удешевления и совершенствования характеристик.

Солнечные батареи — типы и отличия, плюсы и минусы

Солнечные батареи, плюсы и минусы

Как известно солнечные батареи используют в альтернативной или возобновляемой энергетике для генерации электроэнергии используя солнечное излучение.

Существует несколько типов солнечных батарей — монокристаллические, поликристаллические, тонкой плёнки или аморфные и прозрачные. У каждого типа панелей разный КПД, внешний вид и характеристики при одной и той же мощности, поэтому при проектировании солнечной электростанции всегда встаёт вопрос — какие выбрать.

Рассмотрим их более подробно.

Монокристаллическая солнечная батарея Элементы имеют ячеистую структуру.

ПЛЮСЫ
Самый высокий КПД, до 22%
Габаритные размеры меньше, чем у остальных батарей той же мощности
Длительный срок службы — более 25 лет

МИНУСЫ
Высокая цена
Чувствительны к загрязнению поверхности

Поликристаллическая солнечная батарея

Элементы имеют квадратную форму.

ПЛЮСЫ
Имеют КПД до 18%.
Цена в среднем ниже на 10%, чем на монокристаллические.
Небольшой процент брака

МИНУСЫ
Мене устойчивы к воздействию высоких температур, снижается КПД
Большие размеры, чем у монокристаллической той же мощности

Солнечные батареи нового поколения High Power

Инновационные технологии, очень высокое качество, эстетичный вид, небольшие размеры отличают эту солнечную панель от поликристаллических, монокристаллических, а так же из аморфного кремния. Отличие в том, что в них отсутствуют кремниевые ячейки и плёнки.

Солнечные батареи High Power отлично генерируют электроэнергию в плохую или пасмурную погоду, при недостаточной освещенности, при рассеянном свете или в жарком климате. Поэтому, для регионов со слабой солнечной активностью, с небольшим количеством солнечных дней в году, теневых и северных сторон рекомендуются использовать солнечные батареи на основе халькопирита CIGS [Cu (In, Ga) Se2].
Они имеют КПД почти 17%. Эффективность модулей увеличена на 50%, поэтому с одного квадратного метра батарея собирает более 150 Вт.

ПЛЮСЫ
Низкая цена
Эстетичный внешний вид
Устойчива к высоким температурам, чем больше температура, тем больше КПД

Прекрасно работает в рассеянном свете
Из-за отсутствия деградации в течение 25 лет работы вообще не изменяются характеристики в отличие от кремниевых модулей, которые в процессе старения теряют до 20% своей мощности.

МИНУСЫ
Относительно небольшая мощность — max 160 Вт
Затраты на крепёжные системы больше, так как из-за низкой мощности необходимо устанавливать большее количество батарей

ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Прозрачная солнечная батарея

Прозрачная солнечная батарея состоит из тонкой пленки аморфного кремния и микро прозрачной кремниевой пленки, которые наносятся на стеклянное основание.
Она используются в промышленном и гражданском строительстве зданий для остекления фасадов зданий, в производстве окон, ограждений, парковок, рекламных щитов, навесов и многих других архитектурных проектах. Применение прозрачных солнечных панелей открывает большие возможности перед архитекторами и проектировщиками в области проектных и дизайнерских решений.

Изготавливаются в разный цвет и разный процент прозрачности под заказ.
Цена на этот тип батарей самая низкая, так как затраты на их производство постоянно падают.

ПЛЮСЫ
Низкая цена
Эстетичный вид
Возможность использования в архитектуре и остеклении зданий

МИНУСЫ
Невысокий КПД

ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Виды солнечных элементов и их отличия

В зависимости от того, каким образом организованы атомы кремния в кристалле, солнечные элементы делятся на виды:

Солнечные элементы из монокристаллического кремния
Солнечные элементы из поликристаллического кремния
Солнечные элементы из аморфного кремния

Солнечные модули из монокристаллического кремния

КПД солнечной батареи
на основе монокристаллического кремния составляет 15-20%.

Монокристаллические элементы имеют наивысшую эффективность преобразования энергии. Основной материал -крайне чистый кремний, из которого изготовлены монокристаллические солнечные панели, хорошо освоен в области производства полупроводников. Кремниевый монокристалл растет на семени, которое медленно вытягивается из кремниевого расплава. Стержни, полученные таким путем, режутся на части толщиной от 0,2 до 0,4 мм .

Затем эти диски подвергаются ряду производственных операций, таких как:

обтачивание, шлифовка и очистка;
наложение защитных покрытий;
металлизация;
антирефлексионное покрытие.

Мы предлагаем следующие модели солнечных батарей на основе монокристаллов

Солнечные модули из поликристаллического кремния

КПД солнечной батареи
на основе поликристаллического кремния составляет 10-14%.

Поликристаллический кремний развивается, когда кремниевый расплав охлаждается медленно и находится под контролем. При производстве поликристаллических панелей операция вытягивания опускается, оно менее энергоемкое и значительно дешевле. Однако внутри кристалла поликристаллического кремния имеются области, отделенные зернистыми границами, вызывающие меньшую эффективность элементов.

Солнечные модули из аморфного кремния

КПД солнечной батареи
на основе аморфного кремния составляет 5-6%.

Аморфный кремний получается при помощи «техники испарительной фазы», когда тонкая пленка кремния осаждается на несущий материал и защищается покрытием. Эта технология имеет ряд недостатков и преимуществ:

процесс производства солнечных панелей на основе аморфного кремния относительно простой и недорогой;
возможно производство элементов большой площади;
низкое энергопотребление.

Однако:

эффективность преобразования значительно ниже, чем в кристаллических элементах;
элементы подвержены процессу деградации.

Типы солнечных батарей

Монокристаллические солнечные панели

Поликристалические солнечные панели

Тонкопленочные солнечные панели

Монокристаллические солнечные батареи

Монокристаллические СБсозданы на основе монокристалла кремния, выращенного из расплава поликристаллического кремния, распиленного и отполированного. Средняя производительность таких батарей составляет до 19% от установленной мощности. Т.е. установив систему номинальной мощностью 1 кВт, Вы фактически получаете в час 190 ват электрической энергии. Средняя площадь занимаемая 1 кВт системой на базе монокристаллических панелей составляет 7 м2. Область применения самая разнообразная, от мини коттеджей и туристических комплектов, заканчивая мегаватными станциями. Чаще всего применяется в проектах с установленной мощностью до 10 кВт. Традиционно монокристаллические модули вставлены в алюминиевую рамку и закрыты противоударным стеклом. Цвет монокристаллических фото-элементов – темно-синий или черный.