Виды солнечных батарей — сравнительный обзор

Виды солнечных батарей

Содержание:

Сегодня различные типы солнечных панелей набирают всё больше и больше популярности. И не зря, ведь помимо того, что население планеты Земля начинает задумываться об экологических источниках энергии, солнечные панели ещё и становятся всё более и более энергоэффективными. Конечно, самое основное что входит в любую солнечную систему энергообеспечения — это панели или батареи , поэтому важно разбираться что к чему. Конечно, система намного сложнее и в неё входят всякие стабилизаторы, инверторы и прочее, однако это не основной момент.

На данный момент типы солнечных батарей составляют такое разнообразие и их такое великое множество, что каждый потребитель желающий обзавестись подобным источником энергии задаётся вопросом: “А как выбрать солнечную батарею? Какие есть солнечные батареи?” Об этом наша статья: мы постараемся особо не влезая в дебри технологий разобраться на какие типы делятся батареи или панели, питающиеся от энергии солнца, ведь рынок пестрит выгодными предложениями и желаем продать Вам ту или иную систему. В первую очередь различаются солнечные модули материалами, принципом работы и принципом производства. Так давайте же разбираться что и почему.

Кремниевые солнечные батареи

Такой тип солнечных панелей отличается в первую очередь своим материалом, который, как можно догадаться из названия, представлен кремнием. Сегодня это самые популярные батареи на рынке. Это связано с тем, что кремний сравнительно легкодоступный материал, он недорогой и при этом обладает хорошими показателями производительности, по сравнению с конкурентными видами солнечных модулей. Производят их не только из кремния, но и в том числе из моно, поликристаллов в также аморфного кремния. В чём разница?

Монокристаллические солнечные батареи

Для производства солнечных батарей монокристаллического типа используют очищенный, самый чистый кремний. Такой вид солнечной панели выглядит как силиконовые соты, или ячейки, которые соединены в одну структуру. После того, как очищенный монокристалл затвердевает, его разделяют на супер тонкие пластины, толщиной до 300 мкм. Такие готовые пластины соединены тонкой сеткой из электродов. В сравнении с аморфными батареями, такие стоят дороже, ведь технология их производства в разы сложнее. При этом такие батареи стоит выбрать хотя бы за их высокий коэффициент полезного действия(КПД). На уровне 20%. Да, для солнечных батарей это хороший показатель.

Поликристаллические солнечные панели

Для того чтобы получить поликристаллы, кремниевую субстанцию медленно охлаждают. Такой подход к технологии производства значительно дешевле чем в предыдущем типе панелей, поэтому и стоит этот вид дешевле. При этом для изготовления требуется меньше энергии, а это ещё раз благотворно действует на цену. Но чем-то же нужно жертвовать? Поэтому у таких батарей КПД ниже — до 18%. Связано такое падение коэффициента с образованиями внутри поликристалла, которые снижают эффективность. Для того ещё лучше разобраться в различиях между первым и вторым типом батарей, взгляните на таблицу:

Сравнительная таблица монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей:

Фактор	Монокристаллы	Поликристаллы
Разница в структуре	Кристаллы направлены в одну сторону, зёрна параллельны	Кристаллы направлены в разную стороны, не параллельны
Стабильность работы	Высокая	Меньше
Стоимость	Дорогостоящие батареи	Также дорогостоящие, но дешевле
Окупаемость	2 года	до 3х лет
КПД	до 22%	до 18%
Технология производства	Совершеннее, сложнее, точнее	Проще, отсюда и низкая стоимость

Аморфные солнечные панели или батареи из аморфного кремния

• Данный вид солнечных батарей можно отнести как к кремниевым (потому что материал изготовления — кремний) так и к плёночным, ведь изготовлены они по принципу производства плёночных батарей. Но всё же отличия есть.

• Здесь используются не кристаллы кремния, а так называемый силан (кремневодород). Его наносят на подложку, внутри батарей. КПД у такого вида солнечных батарей намного ниже — около 5%. Но всё не так плохо! Есть и преимущества, среди которых можно назвать: намного лучшее поглощение (в 20 раз лучше), лучше работает при отсутствии прямого солнца, когда пасмурно, эластичность панелей.

• Также бывают сочетания моно и поликристаллических панелей с аморфными. Такое сочетание позволяет соединить преимущества двух различных типов. Например, батареи лучше работают, когда солнца недостаточно для обычных кристаллических батарей.

Плёночные солнечные батареи

Плёночные панели — это следующий шаг развития источников питания на солнечной энергии. Шаг, который продиктован в первую очередь необходимостью снижения цен на производство батарей и стремлением к повышению энергоэффективности.

Плёночные батареи на основе теллурида кадмия

В Европе активно развивают альтернативную энергетику, понимая ее безопасность и перспективность такого источника электроэнергии, как солнечные батареи. Желая организовать отопление жилых зданий ил промышленных за счет энергии земного светила, постройки оснащают именно ими. Эти устройства год от года становятся более совершенными, увеличивается их КПД, они становятся готовыми к работе в темное время и в малосолнечных областях.

Чтобы не ошибиться с выбором солнечных батарей, нужно знать достоинства каждого вида и отличия, потом что для конкретных климатических зон применяются разные виды таких устройств.

Принцип функционирования

Большая часть этих экологических солнечных устройств в действительности не что иное, как фотоэлектрический преобразователь, у которого на границе p-n перехода возникает эффект электрогенерации.

Основой себестоимости солнечных батарей является стоимость кремниевые пластины. Но, для того, чтобы они служили круглые сутки источником электрической энергии, одних пластин кремниевых недостаточно – придется приобрести оборудование дополнительное и, прежде всего, достаточно дорогие аккумуляторные батареи.

Устройство

Составляют панель солнечную два кремниевых элемента, отличающиеся по своим свойствам. В одном из них возникает под воздействием света недостаток частиц с отрицательным зарядом –электронов, в другом они присутствуют в избытке.

На каждой из пластин имеются медные полоски, проводящие ток, которые соединяют с преобразователями напряжения.

У солнечной батареи, предназначенной для промышленного применения, есть много фотоэлектрических ячеек, прошедших стадию ламинирования. Они между собой скреплены и закреплены на подложке гибкой или жесткой.

Эффективность солнечных батарей определяется во многом стадией очистки кремния, который используется в производстве, и ориентацией кристаллов в нем. Эти характеристики и стремятся улучшать разработчики. Ежегодно значение КПД удается увеличивать (в разных видах на неодинаковую величину), благодаря миллиардным инвестициям, вкладываемым в исследования фотогальванических элементов. Тем не менее, эффективность остается недостаточной для массового применения солнечных батарей.

Сложности

Основной проблемой является очистка кремния, точнее стоимость этого процесса, а также ориентирование кристаллов в пределах панели в одном направлении.

Могут использоваться для изготовления преобразователей полупроводниковых помимо кремния иные элементы — индий, например. Их применение не сказывается на принципе функционирования — он не меняется.

Классификация промышленных панелей солнечных происходит по типу рабочего слоя и конструктивным особенностям. Различают панели жесткие и гибкие.

Последние занимают все более широкую нишу благодаря универсальной установке: он и легко устанавливаются на любые поверхности, в том числе на вертикальны – фасады зданий. При этом они совершенно не портят архитектуру, а напротив привносят в не некую изюминку.

Как правило, действительные параметры солнечных батарей несколько ниже заявленных производителем, поэтому, прежде чем выбирать, желательно увидеть воочию уже действующий проект.

По типу фотоэлектрического слоя их подразделяют на:

• кремниевые. К ним относятся поли — , монокристаллические и аморфные;
• теллурий-кадмиевые. Их собирают на основе индия, меди и галлия;
• полимерные;
• органические;
• с использованием арсенида галлия;
• комбинированные и многослойные.

Не все перечисленные виды интересны потребителю, а лишь кристаллические, несмотря на то, что их КПД ниже некоторых других (правда, более дорогих, отчего и менее распространенных).

Процесс изготовления кремниевых конструкций

Для получения солнечных панелей применяют кремний, получаемый при перемалывании кристаллов кварца, огромными запасами которого славится Урал и в Сибирь. Именно из-за безграничных запасов это направление считается очень перспективным. Сегодня за кристаллическими и аморфными панелями почти 80% рынка.

Кремниевые монокристаллические панели

Описание

Их легко узнать при визуальном осмотре. В углах элементов хорошо различимы квадратики белого цвета.

Для самих же пластин характерна поверхность однородного синего цвета. Кремний в этом случае требует высокой очистки. Понятно, что технологический процесс по очистке его отличается дороговизной. Затратным является и процесс, результатом которого является ориентирование кристаллов в одном направлении.

Важно: Характеристики рабочего слоя наибольший КПД обеспечивают лишь в случае, когда лучи падают на панели пол прямым углом.

КПД у них достаточно высокий, но и цена тоже самая большая, в сравнении с другими видами пластин.

Солнечным панелям монокристаллическим большой площади необходимы поворотные устройства. В таком виде они считаются идеальным решением для пустынь. Там их производительность наилучшая.

Работать монокристаллические панели не смогут без дополнительного оборудования, способного поворачивать конструкцию вслед за движущимся солнцем, стараясь, чтобы на лучи падали на пластину максимально близко к прямому углу.

Из выращенного в условиях производства кристалла, имеющего вид цилиндра, вырезаются слои. Вот почему у готовых блоков углы скруглены.

Преимущества

• Высокий КПД – от 17 до 25 процентов;
• Небольшая площадь для установки;
• Период эксплуатации достигает 25 и более лет.

Рекомендуем:

Недостатки

Их немного:

• достаточно высокая цена;
• небыстрая окупаемость;
• поверхности панелей слишком чувствительны к различным загрязнениям. Поскольку свет хуже рассеивается на покрытой пылью панели, то и эффективность ее резко падает;
• необходимость в прямых лучах требует их размещения только на открытых местах и высоко от земли.

Чем область ближе расположена к экватору, тем большее там количество в году солнечных дней. И это вид панелей, использующих энергию солнца, наиболее предпочтительный.

Поликристаллические

Описание

Все кремниевые устройства слишком реагируют на перегрев. Температура, рекомендуемая для измерения электрогенерации, составляет 25 градусов. Даже при ее увеличении всего на градус производительность уменьшается на 0,5%.

Поликристаллические конструкции также легко определить визуально, поскольку окрас их неравномерный, что связано с разной ориентированностью кристаллов, обеспечивающей высокое КПД в рассеянном свете. Хотя значение его меньше, чем в панелях однонаправленных, в непогоду наибольшей эффективностью отличаются именно они.

Чистота кремния намного ниже, чем у рассмотренных выше, также допускается присутствие примесей и инородных включений. Это снижает себестоимость. Для этого вида панелей металл просто разливается в формы. Затем, используя специальные приемы, формируют кристаллы, направленность которых контролировать не нужно.

Остывший кремний режут на слои, обрабатывая их по специальному алгоритму.

Эти батареи не нуждаются в непрерывном ориентировании на солнце, следовательно, для их установки пригодны крыши зданий.

Достоинства аморфного кремния в полной мере раскрываются в тени и с наступлением облачных дней и практически незаметны в солнечную погоду.

Не нужны им и поворотные механизмы, поскольку крепятся они стационарно.

Стоит такая разновидность панелей меньше, чем ориентированные. Эффективность их падает на 20% после 20-летнего использования.

Недостатки

Они, понятно, есть:

• Более низкий КПД;
• Необходимо большая площадь для монтажа.

В последние годы, благодаря новым исследованиям и появляющимся технологиям, КПД неуклонно растет и у некоторых панелей достигает 20%.

Панели из аморфного кремния

Описание

Механизм их изготовления совершенно иной, чем у кристаллических фотоэлементов. Для них используется гидрид вместо чистого кремния. Его нагревают до парообразного состояния. Когда пары достигают подложки, они осаждаются на ней. Затраты на изготовления снижаются, а кристаллы не образуются (в понимании классическом).

Полученные фотоэлементы в основе имеют полимерную подложку гибкую либо жесткий стеклянный лист.

Разработано уже 3 поколения таких панелей, анализ характеристик которых дает право говорить о растущем КПД. Первые образцы отличались эффективностью, едва достигавшей 5%, у второго поколения это значение достигало 9, а у последних разработок это уже 12%. Их уже можно встретить в продаже, но цена на них пока остается высокой.

Благодаря особой структуре, подобные солнечные панели максимально поглощают энергию в слабом рассеянном свете, поэтому успешно применяются они в районах севера, где мало солнца и имеются огромные свободные площади.

Важно: на эффективности работы таких батарей не сказывается повышение температуры, хотя в сравнении с панелями на основе арсенида галлия, она ниже.

Преимущества

• гибкая основа, упрощающая монтаж и расширяющая область использования;
• в рассеянном свет высокий КПД;
• стабильность при высокой температуре;
• устойчивость к повреждениям механического характера;
• независимость от загрязнений.

При правильной эксплуатации они служат не менее 20 лет, за которые падение мощности составляет 15-20.

Недостатки

Единственным минусом считается потребность в большой площади.

Помимо кремниевых, производятся панели, в основе которых лежат редкие, значит, дорогостоящие металлы. КПД подобных конструкций превышает 30%, а цена в разы выше стоимости кремниевых. И, несмотря на это, свою нишу на рынке они успели занять.

Панели из редких металлов

Описание

КПД у них высокий. По этому показателю они впереди кремниевых. В основе устройств, способных к работе в условиях экстремальных, лежит теллурид кадмия. Применяются они для облицовки строений в экваториальных странах, где в дневное время поверхности нагреваться порой выше 80 градусов.

Также растет популярность селенид –индий – медно – галлиевых панелей и селенид- индий – медных.

Но, не забывая о токсичности кадмия, и о том, что галлий с индием достаточно редко встречающиеся металлы, невозможно даже предположить, что они будут использоваться для массового производства.

Их эффективность измеряется 35%, даже иногда 40%. Ранее применялись они в космической области, а сегодня – в тепловых электрических солнечных станциях (благодаря стабильности в диапазоне 130-150 градусов).

На панели маленькой площади концентрируются лучи сотен зеркал. Она генерирует ток и передает одновременно водяному теплообменнику тепло. Он нагревает воду до парообразного состояния. Пар приводит во вращение турбину, генерирующую энергию электрическую. То есть, с наибольшей эффективностью энергия солнца сразу двумя способами превращается в электрическую.

Органические аналоги и полимерные

Это самые новые разработки, появившиеся в последнее время – органические панели, которые отличаются абсолютной безопасностью для экологии и недорогим производственным процессом. Успехов в этом направлении удалось достичь больших.

Среди европейских компаний, успехом наибольшим похвастаться может фирма Heliatek, оснастившая своими пленочными конструкциями, у которых толщина всего миллиметр, ряд зданий. Их КПД находится в пределах 14-15%, цена же ниже в разы, чем у аналогов кристаллических.

Какой же панели отдать предпочтение?

Для загородных коттеджей не трудно выбрать батарею, если он находится на широте 45-60. И выбирать здесь нужно из кремниевых моно- и поликристаллических видов.

При недостаточности места рекомендуется выбрать первые, при отсутствии ограничений площади – вторые.

Производителя, мощность, способную решить все проблемы, оборудование дополнительное рекомендуется выбирать с менеджерами, занимающимися продажей и монтажом данного оборудования.

Видео: ABC-Solar — Виды солнечных панелей

Видео: Поликристаллическая солнечная панель против монокристаллической.

Сравнительный обзор различных видов солнечных батарей

Сейчас доступен такой вид альтернативной энергии, как солнечная. При помощи размещения специальных солнечных батарей можно получать электричество, которое полностью сможет покрыть все ваши энергозатраты. Но здесь одной батареи будет недостаточно, понадобится целая система. Количество панелей зависит от их мощности, типа и потребляемого количества энергии. Перед тем как обзавестись собственной солнечной электростанцией, ознакомьтесь с видами солнечных батарей и выберите для себя оптимальный.

Что такое солнечная батарея

Главная задача солнечной батареи – это преобразовать солнечный свет в электроэнергию. То есть за счет установки нескольких конструкций можно обеспечить дом током, не прибегая к использованию общей электросети. Солнечные панели являются экологически чистым способом преобразования света в ток, при этом они выдают самый высокий показатель эффективности в отличие от других альтернативных источников энергии.

Панель представлена в виде прямоугольника. Размер панели схож с шифером. Это самый распространенный тип. На ней размещено 36 элементов, которые покрыты фотопленкой или стеклом. При помощи соединения и специальных туннелей свободные электроны, которые образуются под действием солнечного света, передвигаются и накапливаются в виде постоянного тока в аккумуляторе. Когда там собирается необходимое количество тока, он при помощи инвертора перерабатывается на переменный с нужным напряжением 220В. Но, чтобы обеспечить дом электроэнергией полностью или частично, понадобится несколько таких солнечных панелей. Важным элементом системы являются крепления для солнечных панелей.

Виды кремниевых батарей

Наиболее популярными являются кремниевые батареи. Они отличаются долговечностью и качественной работой. Их различают два вида: монокристаллические и поликристаллические.

Монокристаллические

Такой вид батарей относится к самым дорогостоящим, потому что они изготавливаются из высококачественных материалов при соблюдении сложного технологического процесса. Главным материалом служит слой из специально выращенных кристаллов кремния. Готовые панели представляют собой бруски с кремниевой решеткой темно-синего цвета с закругленными краями. В процессе производства модуль разрезают на более тонкие пластины.

В результате использования качественного сырья и сложного процесса производства кремниевые монокристаллические панели достигают наивысших показателей производительности (КПД до 25%), а также отличаются длительным сроком эксплуатации с минимальным процентом деградации (около 5% за 25 лет). Высокий показатель эффективности достигается за счет использования всей поверхности модуля, даже захватывая рассеянный солнечный свет.

Несмотря на дороговизну монокристаллических конструкций, они быстрее себя окупают. Кроме того, из-за высокой мощности и производительности их можно использовать в меньшем количестве, тем самым экономя на площади. Однако нужно постоянно за ними ухаживать, так как малейшее загрязнение или затемнение приводит к существенному снижению выработки.

Поликристаллические

В производстве поликристаллических модулей участвует несколько кристаллов. По своим качествам они уступают монокристаллическим. Во-первых, это связано с использованием низкокачественного кремния, а во-вторых, с более простым процессом производства. В их основу заложен материал, который получен при переработке непригодных монокристаллических батарей и залит в формы, поэтому батареи имеют неоднородный цвет синего оттенка.

Солнечные панели из поликристаллов довольно тонкие, но ввиду меньшей производительности их потребуется больше, чтобы обеспечить себя необходимым количеством энергии. Но, несмотря на существенные минусы, поликристаллические солнечные батареи пользуются большой популярностью. Это связано с тем, что они менее прихотливы к захватыванию солнечного света и работают с большей отдачей в пасмурную погоду. Кроме того, с каждым годом инженеры работают над повышением величины КПД поликристаллических модулей, что в скором времени приблизит их к показателю 20-22%.

Виды пленочных батарей

Теперь рассмотрим виды солнечных батарей пленочного типа. Пленочная панель достаточно недавно появилась в сфере получения альтернативной солнечной энергии. На сегодняшний день они не пользуются большой популярностью, в том числе и из-за высокой стоимости, но имеют свои преимущества. Они бывают нескольких типов. Рассмотрим каждый из них: на основе теллурида кадмия и на основе Cigs.

На основе теллурида кадмия

Первый тип пленочной солнечной панели произведен на основе теллурида кадмия. Данное решение оправдано высоким уровнем поглощения кадмием солнечного света. Еще несколько десятков лет назад кадмий активно применялся в космосе, но никак не для домашнего использования, потому что он обладает высокой степенью ядовитости. Но при пользовании солнечными панелями он не составляет угрозы для человеческого здоровья. Все испарения, полученные при его активации солнечной радиацией, уходят в атмосферу.

На основе CIGS

Вторым представителем пленочных солнечных батарей выступают панели на основе использования CIGS. Это полупроводник, который состоит из таких элементов как галлий, медь, индий и селен. Они имеют схожую структуру с кадмиевыми панелями, гибкие и отличаются широким способом применения. Солнечная панель на основе полупроводника CIGS используется в космических спутниках, при производстве жидкокристаллических мониторов или в качестве портативных туристических приспособлений для получения энергии.

Пленочная панель на основе галлия – это новое направление в сфере источников питания. В отличие от кадмиевых батарей эффективность их работы достаточно высока, от 15 до 20%, поэтому они составляют прямую конкуренцию монокристаллическим батареям. Если научно-исследовательским центрам удастся снизить себестоимость производства таких панелей, то они смогут стать лидерами на рынке данной продукции.

Амфорные батареи

Еще одним типом солнечных батарей являются амфорные модули. Такая солнечная батарея производится из амфорного кремния и отличается от стандартных кремниевых батарей способом изготовления. Здесь используется не чистое сырье, а его гибрид, а если быть точнее, то горячие пары, которые осаждают подложку. Принцип напоминает больше производство пленочных батарей. Результатом подобной работы становятся готовые солнечные панели, однако при этом не нужно выращивать кристаллы, что резко сокращает и время, и затраты на производство. Основным материалом выступает силан.

Сегодня на рынке солнечных панелей амфорные модули представлены тремя поколениями. Основная разница между панелями заключается в эффективности их работы. Если первый вариант солнечной панели был выпущен с заявленными характеристиками КПД максимум 5%, второе поколение достигло 9%, то на сегодняшний день их показатель уже равняется 12%. Они не такие распространенные, так как остаются в цене предельно дорогими, но при этом уступают в производительности кремниевым солнечным панелям.

Особые характеристики амфорных батарей:

• Возможность применять гибкую панель на любых участках, строениях или архитектурных объектах.
• Стабильная работа при критически высоких показателях температуры.
• Долгий срок службы – до 25 лет.
• Невысокий процент КПД.
• Лучшая производительность наравне с другими панелями при рассеянном солнечном свете.

Если обратиться к практике, то батарея из амфорного кремния активно используется в качестве тонких пленочных модулей. Это связано с особенностью производственного процесса, где в результате получается панель на гибкой, а не на твердой подложке. Как бы ни казалось странным, амфорные батареи стоят дороже, особенно за счет своей эластичной структуры. Наибольший спрос на них в северных районах, так как благодаря физико-химическому составу модулей им свойственно поглощать солнечную энергию даже при слабом рассеянном свете.

После описания всех видов солнечных панелей остается только сделать вывод, какие модули лучше всего выполняют функцию выработки электроэнергии. Дать однозначный ответ нельзя, потому что необходимо отталкиваться от финансовых возможностей и от желаемой мощности солнечной батареи. Первое место специалисты отдают монокристаллическим панелям ввиду их высокой эффективности и долгого срока службы, однако данный показатель не всегда является значимым. Здесь важно оценить все технические характеристики работы панелей в комплексе, а также сопоставить их стоимость.

Рейтинг ТОП 7 лучших производителей солнечных батарей для дома

Принцип работы

Как уже говорилось, основой для создания фотоэлемента стали полупроводники. В них “лишние” отрицательно заряженные частицы из насыщенного слоя способны покидать свои энергетические уровни, тогда как ненасыщенный слой эти частицы принимает. Именно световая энергия “выбивают” заряженные частицы из атомов одного из слоев кристалла. Согласно описанному эффекту электроны “бегают” по кругу, заряжая элемент нагрузки (аккумуляторные батареи).

Первым фотоэлектрическим материалом в истории разработки и создания солнечных систем был селен. Сугубо с его помощью создавали фотокристаллы в конце девятнадцатого века. Но после непродолжительных тестов от селена отказались – коэффициент полезного действия кристалла не превышал один процент.

Массовая разработка солярных аккумуляторных систем стала возможной после наработок телекоммуникационной компании Bell Telephone – они создали фотоэлемент на базе силициума (кремния). И до сих пор весь мир создает батареи на основе именно данного материала.

Мощности дискретных кристаллов оказалось мало – потребителям (например, бытовым электроприборам) требовался мощный ток. Именно по этой причине отдельные элементы соединяют в цепь, формируя тем самым целую солнечную панель.

В общем виде, панель выглядит так: на жесткий каркас элементы крепятся так, чтобы их при некорректной работе возможно было заменить не нарушая целостность системы. С целью защиты от атмосферных осадков и прочих негативных влияний панель накрывают толстой пластиковой поверхностью или закаленным стеклом.

Как сравнить параметры солнечных батарей

Если вы искали в Интернете, то, вероятно, знаете, что на рынке есть много различных типов солнечных панелей, и еще куча находится на переднем крае фотоэлектрических исследований. Итак, какие именно варианты доступны для домашнего потребителя? Как работают различные типы солнечных батарей? Что лучше монокристаллические или поликристаллические?

А самое главное, какие солнечные панели лучше для нас?

Солнечная батарея состоят из коллекций отдельных солнечных элементов, и эти элементы в свою очередь могут быть изготовлены из самых разных материалов. Общая эффективность ваших панелей будет зависеть от того, из чего они состоят, поэтому стоит немного изучить тему, чтобы знать, что вы получаете.

Поликристаллические солнечные батареи (также называемые мульти-Si) по-прежнему полностью сделаны из кремния. Основное различие между ними и моно-Si ячейками заключается в размере и ориентации кристаллов. Вместо полностью однородной структуры, поликристаллические элементы, как следует из их названия, состоят из множества более мелких кристаллов в разных ориентациях.

Изготовление поликристаллических элементов является менее дорогостоящим процессом с меньшим количеством отходов, поэтому солнечные панели, в которых используются поли-Si элементы, как правило, более доступны. По этим причинам панели с поликристаллическим кремнием составляют чуть более половины мирового рынка солнечных элементов.

На самом деле, вы, вероятно, в конечном итоге получите какую-то кремниевую панель, потому что экономика в настоящее время имеет больше смысла. Несмотря на то, что тонкопленочные панели дешевле, их низкая эффективность означает, что вам их потребуется больше, чем кремниевых панелей, для получения такого же количества энергии.

Плюсы и минусы

• Возобновляемость. В отличие от газа или угля, энергия солнца почти бесконечна. По заверениям НАСА Солнце будет согревать Землю еще не менее 6.5 млрд лет.
• Доступность. Солнечные лучи освещают планету в должной мере почти везде (может быть кроме полюсов), продолжительности солнечного дня хватит для конвертации в электричество.
• Экологичность. Солнечная энергетика – наиболее перспективная отрасль добычи энергии под человеческие нужды с точки зрения борьбы с загрязнениями. В процессе добычи не выделяются вредные соединения, не портится ландшафт, не сбрасываются отходы.
• Бесшумность. Добыча электроэнергии из панелей не создает шума.
• Отсутствует необходимость в ежедневном обслуживании. При эксплуатации системы нет необходимости наблюдать за ней, достаточно раз в год очистить панели и раз в пять лет провести техническое обслуживание.

• Высокая стоимость. Оборудовать дом солярными панелями может вылиться в копеечку.
• Применение дорогостоящих и редких материалов. Вытекает из предыдущего пункта. Основной фактор высокой стоимости и редкости (особенно в наших широтах) применения.

Солнечные батареи на основе кремния

Монокристаллические кремниевые солнечные панели (также называемые моно-Si) изготовлены из самой чистой формы кристаллического кремния. Чистый в данном конкретном случае относится к структуре кристаллов, а не к количеству примесей. Фактически, примеси вводятся специально. Это называется «легирование» кремния.

В монокристаллической ячейке кристалл настолько плотно упакован и однороден, насколько это возможно. Это означает, что в целом имеется место для большего количества атомов кремния, которые способствуют повышению эффективности солнечного элемента по площади, поскольку в элементе больше частиц, реагирующих на солнечный свет.

Монокристаллические кремниевые солнечные элементы в настоящее время занимают около 30% мирового рынка.

К сожалению, процесс изготовления монокристаллических ячеек дорог и сложен, а также приводит к значительному количеству отработанного кремния. Элементы изготавливаются в виде больших цилиндров, края которых нужно обрезать, чтобы сделать их квадратными, прежде чем они будут разрезаны на тонкие пластины для использования в солнечных панелях.

Батареи, основой которым служит кремний, на сегодняшний день являются самыми популярными. Объясняется это широким распространением кремния в земной коре, его относительной дешевизной и высоким показателем производительности, в сравнении с другими видами солнечных батарей. Как видно из рисунка выше кремниевые батареи производят из моно- и поликристаллов Si и аморфного кремния.

Монокристаллические солнечные батареи представляют собой силиконовые ячейки, объединенные между собой. Для их изготовления используют максимально чистый кремний, получаемый по методу Чохральского. После затвердевания готовый монокристалл разрезают на тонкие пластины толщиной 250-300 мкм, которые пронизывают сеткой из металлических электродов (рис. нарезка).

Для получения поликристаллов кремниевый расплав подвергается медленному охлаждению. Такая технология требует меньших энергозатрат, следовательно, и себестоимость кремния, полученного с ее помощью меньше. Единственный минус: поликристаллические солнечные батареи имеют более низкий КПД (12-18%), чем их моно «конкурент».

В таблице 1 приведены основные различия между моно и поли солнечными элементами.

Таблица 1

Показатель	Моно элементы	Поли элементы
Кристаллическая структура	Зерна кристалла параллельны Кристаллы ориентированы в одну сторону	Зерна кристалла не параллельны Кристаллы ориентированы в разные стороны
Температура производства	1400 °С	800-1000 °С
Цвет	Черный	Темно-синий
Стабильность	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно
Цена	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно
Период окупаемости	2 года	2-3 года

Если проводить деление в зависимости от используемого материала, то аморфные батареи относятся к кремниевым, а если в зависимости от технологии производства – к пленочным. В случае изготовления аморфных панелей, используется не кристаллический кремний, а силан или кремневодород, который тонким слоем наносится на материал подложки. КПД таких батарей составляет всего 5-6%, у них очень низкий показатель эффективности, но, несмотря на эти недостатки, они имеют и ряд достоинств:

• Показатель оптического поглощения в 20 раз выше, чем у поли- и монокристаллов.
• Толщина элементов меньше 1 мкм.
• В сравнении с поли- и монокристаллами имеет более высокую производительность при пасмурной погоде.
• Повышенная гибкость.

Помимо описанных выше видов кремниевых солнечных батарей, существуют и их гибриды. Так для большей стабильности элементов используют двухфазный материал, представляющий собой аморфный кремний с включениями нано- или микрокристаллов. По свойствам полученный материал сходен с поликристаллическим кремнием.

Списки лучших

В наш сегодняшний рейтинг войдут:

• E-Power 25Вт;
• SilaSolar 30Вт;
• E-Power 50Вт;
• TopRaySolar 65П;
• ТСМ-95 А;
• ФСМ-160П;
• Seraphim SRP-270-6PB.

E-Power 25Вт

В гибкой солнечной панели E-Power 25Вт используются фотоэлементы SolarCity, что делает ее на 20% эффективней, чем обычные солнечные панели с использованием китайских фотоэлементов и значительно дешевле чем солнечные батареи на основе фотоэлементов SunPower, благодаря чему мы получаем ту же мощность при меньшем размере и цене. В качестве основы используется не алюминий а TPT, что делает ее более гибкой и легкой (1,4 кг на 100 Вт) по сравнению с аналогами.

Тип	пленка/монокристалл
Мощность	25 Вт
Ток	18В 1.4А
КПД	20.5%
Размер	560х277х3 мм

Цена: от 2 500 до 2 890 рублей.

Сравнение солнечных батарей и будущее солнечных технологий

Итак, вы решили подключиться к движению зеленой энергии, установив солнечные батареи в своем доме. Вы уже немного разузнали о покупке, посчитали, сколько денег сможете сэкономить в течение следующих нескольких лет, используя всю эту бесплатную энергию из неба. Теперь давайте сравним различные типы солнечных технологий.

Как сравнить параметры солнечных батарей

Если вы искали в Интернете, то, вероятно, знаете, что на рынке есть много различных типов солнечных панелей, и еще куча находится на переднем крае фотоэлектрических исследований. Итак, какие именно варианты доступны для домашнего потребителя? Как работают различные типы солнечных батарей? Что лучше монокристаллические или поликристаллические?

А самое главное, какие солнечные панели лучше для нас?

Солнечная батарея состоят из коллекций отдельных солнечных элементов, и эти элементы в свою очередь могут быть изготовлены из самых разных материалов. Общая эффективность ваших панелей будет зависеть от того, из чего они состоят, поэтому стоит немного изучить тему, чтобы знать, что вы получаете.

Солнечные батареи из кристаллического кремния

Подавляющее большинство солнечных фотоэлектрических панелей, доступных на рынке прямо сейчас, основаны на химии кремния. Кремний является «металлоидным» химическим элементом, который действует как полупроводник, за что становится очень ценным материалом для электроники всех видов. Это ключевой компонент в интегральных микросхемах, которые делают возможными мобильные телефоны и ноутбуки. Есть и другие материалы, которые могут действовать аналогичным образом, но кремний является основным, потому что с ним легко работать. Его также очень много: до 90% земной коры состоит из минералов, которые содержат кремний в той или иной форме. Кажется, что в ближайшее будущее дефицит не ожидается, ибо мы десятилетиями используем его в электронике и вычислительной технике, и у нас есть возможность производить чистые кристаллы кремния в больших масштабах, что точно потребуется, если мы говорим о производстве миллионов солнечных панелей.

(Монокристаллические (вверху) и политикристаллические (внизу) солнечные элементы)

Кремний использовался в технологии солнечных батарей с середины прошлого века, потому что это был один из первых материалов, в котором был измерен фотоэлектрический эффект. При воздействии солнечного света электроны в кремнии могут возбуждаться и двигаться таким образом, что их можно использовать в качестве источника электрической энергии. Хитрость заключалась в том, чтобы выяснить, как заставить его работать так, как мы могли бы его использовать, а сложная структура современного солнечного элемента заключается в том, как мы направляем электроны для создания тока из солнечного света. Сколько электронов возбуждается и насколько хорошо эти электроны движутся, зависит от чистоты кристаллической структуры кремния. Это, в свою очередь, может определять эффективность различных типов солнечных элементов на основе кремния.

1. Монокристаллические кремниевые солнечные батареи

Монокристаллические кремниевые солнечные панели (также называемые моно-Si) изготовлены из самой чистой формы кристаллического кремния. Чистый в данном конкретном случае относится к структуре кристаллов, а не к количеству примесей. Фактически, примеси вводятся специально. Это называется «легирование» кремния. Это сделано потому, что без нескольких атомов разных элементов в слое кремния (обычно бора и фосфора) не может быть никакого полезного потока электронов. Нет потока электронов, нет электричества, а вместо солнечного элемента у вас есть тонкий бесполезный кирпич.

В монокристаллической ячейке кристалл настолько плотно упакован и однороден, насколько это возможно. Это означает, что в целом имеется место для большего количества атомов кремния, которые способствуют повышению эффективности солнечного элемента по площади, поскольку в элементе больше частиц, реагирующих на солнечный свет. В среднем, монокристалические кремниевые солнечные элементы имеют КПД около 25%. Это может звучать не очень хорошо, но это один из лучших показателей эффективности солнечных батарей.

Монокристаллические кремниевые солнечные элементы в настоящее время занимают около 30% мирового рынка.

К сожалению, процесс изготовления монокристаллических ячеек дорог и сложен, а также приводит к значительному количеству отработанного кремния. Элементы изготавливаются в виде больших цилиндров, края которых нужно обрезать, чтобы сделать их квадратными, прежде чем они будут разрезаны на тонкие пластины для использования в солнечных панелях. Эти отходы и высокая стоимость производства означают, что, хотя они являются технически наиболее эффективным типом элементов на основе кремния, это не обязательно делает их лучшим выбором, когда стоимость является ключевым фактором.

2. Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллические солнечные батареи (также называемые мульти-Si) по-прежнему полностью сделаны из кремния. Основное различие между ними и моно-Si ячейками заключается в размере и ориентации кристаллов. Вместо полностью однородной структуры, поликристаллические элементы, как следует из их названия, состоят из множества более мелких кристаллов в разных ориентациях. Они по-прежнему хорошо собирают солнечный свет, а их эффективность не сильно отстает от монокристаллических солнечных элементов: мульти-Si ячейки в среднем имеют КПД около 20%.

Изготовление поликристаллических элементов является менее дорогостоящим процессом с меньшим количеством отходов, поэтому солнечные панели, в которых используются поли-Si элементы, как правило, более доступны. По этим причинам панели с поликристаллическим кремнием составляют чуть более половины мирового рынка солнечных элементов.

Тонкопленочные солнечные батареи

Существует много различных типов тонкопленочных солнечных элементов (TFSC), но все они функционируют по одному и тому же принципу: тонкая пленка фотоэлектрического материала наносится на подложку, такую как стекло, металл или пластик. Сама пленка намного тоньше кремниевых пластин, иногда толщиной всего несколько микрометров. Из-за тонкости TFSC могут быть очень легкими и гибкими. Это дает им применение в строительной технике, где полупрозрачная фотоэлектрическая пленка может быть нанесена на окна.

Когда тонкая пленка используется для изготовления солнечных панелей, это совсем другая история. Солнечные батареи на основе тонкопленочной технологии оказываются тяжелее, чем их кремниевые собратья, потому что активный слой PV зажат между двумя слоями стекла.

Теллурид кадмия и селенид меди-индия-галлия являются наиболее часто используемым материалом для TFSC со средней эффективностью около 15-20%. Их производство требует использования некоторых редких элементов, из-за чего сохранилась достаточно высокая стоимость на продукцию. Некоторые потребители также выражают обеспокоенность по поводу токсичности кадмия, тяжелого металла, который может вызвать отравление, если он попадет в воду.

Перспективные новые технологии солнечных батарей

Исследования в области солнечных технологий продолжаются, и за углом появилось несколько многообещающих новых типов тонкопленочных солнечных элементов.

1. Органические солнечные батареи

Многие современные рабочие центры используют органические красители, чтобы собирать солнечный свет и использовать его в качестве энергии. При правильном применении технологию можно задействовать в почти прозрачных окнах, превращая высокие офисные здания в крупных производителей солнечной энергии. Органические материалы, используемые в ячейках этого типа, могут быть получены и обработаны довольно дешево, и их можно химически настроить, чтобы максимизировать поглощение на определенных длинах волн. Это означает, что теоретически они могут поглощать намного больше солнечного света, чем эквивалентное количество материала кремниевых солнечных элементов. К сожалению, их эффективность остается низкой, поэтому они пока не вполне разумная альтернатива.

2. Перовскитные солнечные батареи

Перовскитовые солнечные элементы сделаны из гибридного органического / неорганического олова или галогенида свинца, и являются очень многообещающим кандидатом на будущее солнечной энергетики. Они находятся на переднем крае исследований, и всего за шесть лет исследователи смогли повысить свою эффективность с 4% в 2009 году до впечатляющих 22% в 2016 году. Этот КПД эквивалентен эффективности лучшим солнечным элементам на сегодняшний день. На эту технологию возлагаются большие надежды, и уже скоро несколько стартапов обещают запустить производство и поставлять солнечные элементы на основе перовскита потребителям.

К сожалению, нет идеального материала, а значит и у перовскитных ячеек есть недостатки: они имеют тенденцию терять эффективность со временем во влажной среде. Органические молекулы, из которых состоит пленка, разлагаются под воздействием влаги, поэтому сама пленка не имеет большой продолжительности жизни. Проводится работа по инкапсуляции перовскита в защитных слоях полимеров и углеродных нанотрубок, чтобы полностью изолировать его от воздуха. Хотя это, кажется, хорошо работает в лабораторных условиях, в реальном мире не проводились долгосрочные исследования этих клеток, потому что они еще слишком новые.

Так что, если сравнивать солнечные панели, какие нам подходят?

На самом деле, вы, вероятно, в конечном итоге получите какую-то кремниевую панель, потому что экономика в настоящее время имеет больше смысла. Несмотря на то, что тонкопленочные панели дешевле, их низкая эффективность означает, что вам их потребуется больше, чем кремниевых панелей, для получения такого же количества энергии. Поэтому, если вы планируете стандартную систему солнечных батарей для частного дома на крыше и не хотите интегрировать тонкие гибкие солнечные элементы в структуру самой кровли, вы будете работать с кремнием.