Виды солнечных батарей: сравнительный обзор

Альтернативная энергетика максимально развивается в странах Европы, показывая результатами собственную перспективность. Возникают новые виды фотоэлектрических панелей, растет их КПД.

При вашем желании обеспечить работу здания промышленной направленности или помещения для проживания за счёт солнечной энергии нужно заранее разобраться в отличиях оборудования, ведь для разных зон климата применяются различные типы фотоэлектрических батарей.

Рабочий принцип фотоэлектрических батарей

Подавляющее большое количество фотоэлектрических батарей являются в физическом смысле фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект появляется в месте полупроводникового p-n перехода.

батарея, сравнительный, обзор, солнечных панелей, аморфного кремния, солнечные панели

Именно кремниевые пластины составляют основу себестоимости фотоэлектрических батарей, однако при их применении в качестве круглосуточного источника электрической энергии нужно будет дополнительно приобрести дорогие батареи аккумулятора

Панель состоит из 2-ух кремниевых пластин с самыми разными качествами. Под воздействием света в одной из них появляется недостаток электронов, а в другой – их излишек. Каждая пластина имеет токоотводящие полосы из меди, которые присоединяются к инверторам. Промышленная фотоэлектрическая батарея складывается из большого количества покрытых ламинатом фотоэлектрических ячеек, между собой закрепленных и закрепленных на пластичной или жёсткой подложке.

КПД оборудования зависит в большинстве случаев от чистоты кремния и ориентации его кристаллов. Конкретно такие параметры пытаются сделать лучше инженеры прошедшие десятилетия. Главной сложностью при этом считается большая цена процессов, которые лежат в основе очищения кремния и размещения кристаллов в одном направлении на всей панели.

батарея, сравнительный, обзор, солнечных панелей, аморфного кремния, солнечные панели

Каждый год самые большие КПД разных фотоэлектрических батарей изменяются в большую сторону, так как в исследования новых фотогальванических материалов вкладываются миллиарды долларов

Полупроводники фотоэлектрических преобразователей делаются не только из кремния, но и из прочих материалов. Рабочий принцип при этом не меняется.

Типы фотоэлектрических преобразователей

Делят промышленные фотоэлектрические батареи по их особенностям конструкции и типу рабочего фотоэлектрического слоя. Отличают такие разновидности батарей по типу устройства:

  • эластичные;
  • жёсткие.

Эластичные тонкопленочные фотоэлектрические батареи потихоньку занимают все большую рыночную нишу благодаря собственной монтажной многофункциональности, ведь установить их можно на большинстве поверхностей с самыми разными формами архитектуры.

батарея, сравнительный, обзор, солнечных панелей, аморфного кремния, солнечные панели

Настоящие характеристики фотоэлектрических батарей в большинстве случаев меньше, чем указанные в инструкции. Благодаря этому перед их установкой дома будет лучше самому увидеть подобный реализованный проект

По типу рабочего фотоэлектрического слоя фотоэлектрические панели делятся на подобные разновидности:

  1. 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 фотоэлектрических батарей, а исключительно лишь первые два кристаллических подвида. Хотя некоторые прочие типы панелей и имеют большие КПД, однако из-за большой цены они не получили большого распространения.

    Кремниевые фотоэлектрические детали довольно восприимчивы к нагреву. Базисная температура чтобы провести измерения электрогенерации составляет 25 °C. При её повышении на один градус результативность панелей уменьшается на 0,45-0,5%.

    Дальше будут детально рассмотрены фотоэлектрические батареи, которые представляют самый большой потребительский интерес.

    Характеристики панелей на основе кремния

    Кремний для фотоэлектрических панелей делают из кварцевого порошка — размолотых кристаллов оксида кремния. Богатейшие залежи сырья есть в Западной Сибири и Среднем Урале, благодаря этому перспективы подобного направления солнечной энергетики почти что не имеют границ. Даже в настоящий момент кристаллические и аморфные кремниевые панели занимают уже больше 80% рынка. Благодаря этому необходимо рассмотреть их более детально.

    Монокристаллические кремниевые панели

    Современные монокристаллические кремниевые пластины (mono-Si) имеют одинаковый темно-синий цвет по всей поверхности. Для их изготовления применяется намного более чистый кремний. Монокристаллические фотоэлементы среди всех кремниевых пластин имеют самую большую цену, но дают и лучший КПД.

    батарея, сравнительный, обзор, солнечных панелей, аморфного кремния, солнечные панели

    Большие монокристаллические фотоэлектрические батареи с механизмами поворотного типа прекрасно вписываются в пустынные пейзажи. Там обеспечиваются условия для самой большой продуктивности

    Большая цена производства вызвана сложностью ориентации всех кристаллов кремния в одном направлении. Из-за этих физических параметров слоя для работы самый большой КПД обеспечивается только только при перпендикулярном падении лучей солнца на поверхность пластины.

    Монокристаллические батареи просят добавочного оборудования, которое автоматично поворачивает их на протяжении дня, дабы поверхность панелей была максимально перпендикулярна лучам солнца.

    Слои кремния с односторонне ориентированными кристаллами вырезаются из цилиндрического бруска металла, благодаря этому готовые фотоэлектрические блоки имеют вид закруглённого в углах квадрата.

    К положительным качествам монокристаллических кремниевых батарей можно отнести:

    1. Большой коэффициэнт полезного действия со значением 17-25%.
    2. Небольшая площадь локации оборудования в расчете на единицу мощности, если сравнивать с поликремниевыми панелями.
    3. Достаточная результативность генерации электрической энергии обеспечивается до двадцати пяти лет.

    Минусов у подобных батарей только два:

    1. Большая цена и долгая окупаемость.
    2. Чувствительность к загрязнению. Пыль рассеивает свет, благодаря этому у покрытых ею фотоэлектрических батарей быстро снижается КПД.

    Из-за необходимости в прямых солнечных лучах монокристаллические фотоэлектрические батареи ставятся как правило на площадках открытого типа или на высоте. Чем ближе окрестность к экватору и чем больше в ней солнечных деньков, тем более предпочтительна установка именно данного типа фотоэлектрических компонентов.

    Мультикристаллические фотоэлектрические панели

    Поликремниевые панели (multi-Si) имеют неодинаковый по интенсивности синий окрас из-за разносторонней ориентированности кристаллов. Чистота кремния, используемого при их изготовлении, немного ниже, чем у монокристаллических заменителей.

    Разнонаправленность кристаллов обеспечивает большой коэффициэнт полезного действия при рассеянном свете – 12-18%. Он меньше, чем в однонаправленных кристаллах, однако в условиях плохой погоды подобные панели оказываются очень продуктивны.

    Неоднородность материала приводит и к уменьшению себестоимости производства кремния. Очищенный металл для поликристаллических фотоэлектрических батарей без особенных ухищрений заливают в формы. На производстве применяются специализированные технические приемы для создания кристаллов, но их тенденция не находится под контролем. После того как остынет кремний нарезают слоями и отделывают по особому методу.

    Поликристаллические панели не просят постоянной ориентации в сторону солнечного света, благодаря этому для их локации широко применяются крыши домов и зданий промышленного характера.

    батарея, сравнительный, обзор, солнечных панелей, аморфного кремния, солнечные панели

    Днем при легкой облачности положительных качеств фотоэлектрических батарей из аморфного кремния ощутимо не будет, их положительные качества открываются лишь при плотных тучах или в тени

    К плюсам фотоэлектрических панелей с разнонаправленными кристаллами можно отнести:

    1. Большая эффективность в условиях мягкого света.
    2. Возможность стационарного закрепления на крышах строений.
    3. Меньшая цена если сравнивать с монокристаллическими панелями.
    4. Падение эффективности через 2 десятилетия эксплуатации составляет всего 15-20%.

    Недостатки у поликристаллических панелей также есть:

    1. Очень низкий КПД со значением 12-18%.
    2. Требуется больше пространства для установки в расчете на единицу мощности если сравнивать с монокристаллическими аналогами.

    Поликристаллические фотоэлектрические батареи завоевывают все большую рыночную долю среди прочих кремниевых батарей. Это обеспечивается широкими возможными возможностями с целью удешевления стоимости их изготовления. Каждый год становится больше и КПД подобных панелей, очень быстро приближаясь к 20% у распространенных продуктов.

    Фотоэлектрические батареи из аморфного кремния

    Механизм производства фотоэлектрических батарей из аморфного кремния в принципе разнится от изготовления кристаллических фотоэлектрических компонентов. Тут применяется не чистый неметалл, а его гидрид, горячие пары которого осаждаются на подложку. В результате подобной технологии традиционные кристаллы не появляются, а расходы на производство быстро снижаются.

    батарея, сравнительный, обзор, солнечных панелей, аморфного кремния, солнечные панели

    Фотоэлементы из осажденного аморфного кремния можно прикреплять как на пластичной полимерной подложке, так и на жёстком стеклянном листе

    Сейчас есть уже три поколения панелей из аморфного кремния, в каждом из которых ощутимо увеличивается КПД. Если первые фотоэлектрические модули имели результативность 4-5%, то сегодня на рынке массово реализовываются модели второго поколения с КПД 8-9%. Аморфные панели последней разработки имеют результативность до 12% и уже появляются в продаже, однако они пока ещё весьма не дешевые.

    За счёт свойств этой производственной технологии создать слой кремния можно как на жёсткой, так и на пластичной подложке. Благодаря этому модули из аморфного кремния широко применяются в эластичных тонкоплёночных солнечных модулях. Но варианты с эластичной подложкой стоят дороже.

    Физико-химическая структура аморфного кремния дает возможность максимально поглощать фотоны слабого мягкого света для генерации электрической энергии. Благодаря этому подобные панели комфортны для использования в районах севера с большими свободными площадями. Не уменьшается результативность батарей на основе аморфного кремния и при большой температуре, хотя они и уступают по такому параметру панелям из арсенида галлия.

    батарея, сравнительный, обзор, солнечных панелей, аморфного кремния, солнечные панели

    При одинаковой цене оборудования фотоэлектрические батареи из гидрида кремния показывают высокую производительность, чем их моно- и поликристаллические аналоги

    Подытоживая, можно показать такие плюсы аморфных фотоэлектрических батарей:

    1. Возможность изготовления эластичных и тонких панелей.
    2. Большой коэффициэнт полезного действия при рассеянном свете.
    3. Установка батарей на любые формы архитектуры.
    4. Постоянная работа при большой температуре.
    5. Простота и конструкционная надежность. Подобные панели почти не могут поломаться.
    6. Меньшее падение продуктивности при запыленности поверхности, чем у кристаллических заменителей

    Служебный срок подобных фотоэлектрических компонентов, начиная с другого поколения, составляет 20-25 лет при падении мощности в 15-20%. К минусам панелей из аморфного кремния можно отнести лишь надобность в бо?льших площадях для локации оборудования необходимой мощности.

    Обзор бескремниевых устройств

    Некоторые фотоэлектрические батареи, сделанные с использованием редких и очень дорогих металлов, имеют КПД более 30%. Они в несколько раз дороже собственных кремниевых заменителей, но всё-таки заняли высокотехнологичную торговую нишу, благодаря собственным особым свойствам.

    Фотоэлектрические батареи из редких металлов

    Есть несколько видов фотоэлектрических батарей из редких металлов, и они не все имеют КПД больше, чем у монокристаллических кремниевых модулей. Однако способность работать в сложных условиях позволяет изготовителям подобных фотоэлектрических батарей отпускать конкурентоспособную продукцию и проводить последующие исследования.

    батарея, сравнительный, обзор, солнечных панелей, аморфного кремния, солнечные панели

    Панели из теллурида кадмия широко применяются при отделке строений в экваториальных и аравийских государствах, где поверхность их нагревается днем до 70-80 градусов

    Ключевыми сплавами, используемыми для производства фотоэлектрических компонентов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS). Кадмий – токсический металл, а индий, галлий и теллур считаются очень редкими и очень дорогими, благодаря этому массовое изготовление фотоэлектрических батарей на их основе даже в теории нереально.

    КПД подобных панелей находится на уровне 25-35%, хотя крайне редко может дойти до 40%. Раньше их применяли как правило в космической области, а в настоящий момент возникло новое перспективное направление.

    Из-за постоянной работы фотоэлементов из редких металлов при температуре 130-150°C их применяют в солнечных тепловых электрических станциях. При этом солнечные лучи от десятков или сотен зеркал концентрируются на маленький панели, которая одновременно вырабатывает электрическую энергию и обеспечивает теплопередачу водяному трубному змеевику.

    В результате водонагрева появится пар, который вынуждает вертеться турбину и вырабатывать электрическую энергию. Аналогичным образом энергия солнца превращается в электрическую одновременно 2-мя путями с самой большой эффективностью.

    Полимерные и органические аналоги

    Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать исключительно в последнем десятилетии, но искатели уже добились существенных успехов. Самый большой прогресс показывает европейская компания Heliatek, которая уже оборудовала органическими фотоэлектрическими батареями несколько многоэтажных зданий. Толщина её рулонной пленочной конструкции типа HeliaFilm составляет всего 1 мм.

    Во время изготовления полимерных панелей применяются подобные вещества, как углеродные фуллерены, фталоцианин меди, полифенилен и прочие. КПД подобных фотоэлементов уже может достигать 14-15%, а цена производства намного меньше, чем кристаллических фотоэлектрических батарей.

    Серьезно стоит вопрос срока деградации органического слоя для работы. Пока что достоверно доказать уровень его КПД спустя пару лет эксплуатации невозможно.

    Хорошими качествами органических фотоэлектрических батарей считаются:

    • возможность экологично неопасной утилизации;
    • дешевизна производства;
    • эластичная конструкция.

    К минусам подобных фотоэлементов можно отнести сравнительно невысокий КПД и отсутствие проверенной информации о сроках постоянной работы панелей. Может быть так, что через 5-10 лет все недостатки органических солнечных фотоэлементов пропадут, и они станут серьезными соперниками для кремниевых пластин.

    Какую фотоэлектрическую батарею подобрать?

    Подбор фотоэлектрических батарей для домов за городом на широте 45-60 ° не труден. Тут стоит рассматривать лишь два вида: поликристаллические и монокристаллические кремниевые панели. При нехватке места преимущество отдавайте более успешным моделям с односторонней ориентацией кристаллов, при неограниченной площади лучше всего купить мультикристаллические батареи.

    батарея, сравнительный, обзор, солнечных панелей, аморфного кремния, солнечные панели

    Смотреть на прогнозы аналитических компаний формирования рынка фотоэлектрических батарей не стоит, ведь отличные их образцы, возможно, ещё не изобретены

    Подбирать определенного изготовителя, необходимую мощность и оборудование дополнительного характера лучше при участии менеджеров компаний, занимающихся продажей и установкой данного оборудования. Необходимо знать, что качество и цена фотоэлектрических модулей у крупных изготовителей выделяются мало.

    Необходимо учесть, что при заказе комплекта оборудования «под ключ», стоимость самих фотоэлектрических батарей как правило составит только лишь 30-40% от всей суммы. Сроки окупаемости подобных проектов составляют 5-10 лет, и зависят от уровня потребления энергии и возможности продажи излишков электрической энергии в городскую сеть.

    Нужное видео по теме

    Представленные видеоролики показывают работу разных фотоэлектрических батарей в настоящих условиях. Также они помогут разобраться в вопросах подбора необходимого оборудования.

    Правила подбора фотоэлектрических батарей и необходимого оборудования:

    Виды фотоэлектрических батарей:

    Испытание монокристаллической и поликристаллической панелей:

    Для населения и маленьких объектов промышленности настоящей альтернативы кристаллическим кремниевым панелям пока что нет. Но темпы разработки новых видов фотоэлектрических панелей дают возможность рассчитывать, что в ближайшие десятилетия солнечная энергия будет основным источником электрической энергии во многих домах за городом и дачных участках.

    Оставить комментарий

    Яндекс.Метрика