Сравнительный обзор различных видов солнечных батарей

Принцип работы солнечных панелей

Подавляющее большинство солнечных панелей в физическом смысле являются солнечными инверторами. Электрогенерирующий эффект возникает в месте расположения pn-перехода полупроводника.Кремниевые пластины составляют основу стоимости солнечных батарей, но когда вы используете их в качестве источника питания 24/7, вам также необходимо покупать дорогие батареи

Панель состоит из двух кремниевых пластин с разными свойствами. Под действием света в одном из них возникает недостаток электронов, а в другом — их избыток. Каждая пластина имеет медные проводящие полосы, которые подключены к преобразователям напряжения.

Промышленная солнечная панель состоит из нескольких ламинированных фотоэлементов, соединенных вместе и закрепленных на гибкой или жесткой подложке.

Эффективность оборудования во многом зависит от чистоты кремния и ориентации кристаллов. Именно эти параметры инженеры пытались улучшить в последние десятилетия. Основная проблема при этом — дороговизна процессов, лежащих в основе очистки кремния и расположения кристаллов в одном направлении по всей панели.

Каждый год максимальный КПД различных солнечных панелей меняется в большую сторону, потому что в исследования новых материалов для солнечных элементов вкладываются миллиарды долларов (+)

Полупроводники фотоэлектрических преобразователей можно делать не только из кремния, но и из других материалов — принцип работы аккумулятора не меняется.

Преимущества использования солнечных батарей

 

• Автономия. Нет, это зависит от цен на энергоносители и экономической ситуации в стране. Установка электрических батарей незаменима там, где нет возможности подключиться к электрической сети. Батарея не сможет обогреть весь дом, но с задачей обеспечения энергией котла справится легко.
• Прибыльность. Использует бесконечный источник энергии, не требует подготовки специальной площадки. Снижает стоимость услуг по отоплению. Аккумулятор мощностью 800 Вт способен «питать» бытовые электроприборы. Продолжительность жизни до 25 лет. Окупается в среднем за 3 года.
• Простота установки. Для установки не требуется разрешения государственных органов: газовой службы, БТИ и других структур.
• Экологическая безопасность. Не опасен для домовладельцев и природы. Источник чистого электричества, не выделяет вредных веществ.

Есть у солнечных батарей и минусы: они зависят от погодных условий, региона проживания владельца. Не в состоянии полностью снабдить энергией дом. Монтаж массивных силовых установок требует серьезных затрат. Необходимо понимать, что конечная цена солнечной энергии не должна превышать цену 1 кВт классических источников – газа или электричества.

Особенности работы солнечных батарей

Оптимальными по мощности считаются аккумуляторы мощностью 13,5 кВт и более – они обеспечат бесперебойную работу техники. Северные районы страны не перспективны для использования панелей. Их рационально использовать в качестве второго (резервного) источника питания. Моно- и поликристаллические элементы больше подходят для солнечных регионов страны.

Аморфные батареи больше подходят для средней полосы страны.
Эффективность батарей зависит от места установки – самое оптимальное расположение под углом 30% на южной стороне дома. Также рекомендуется установить с панелью устройство слежения за солнцем, чтобы максимально «захватывать» фотоны.

Где купить солнечные батареи в Екатеринбурге

«ИБП-Урал» — надежный поставщик солнечных панелей в Екатеринбурге и России.
Позвоните нам и мы не только максимально подробно вас проконсультируем и подберем нужный комплект солнечных батарей для электричества, но при необходимости установим солнечные батареи на заводе.
Мы предлагаем солнечные батареи:

• Поликристаллические Delta BST и Delta SM
• Монокристалл Delta BST и Delta SM

Плюс:

• набор солнечных электростанций
• аккумуляторы для солнечных батарей,
• солнечные контроллеры заряда Delta,
• коннекторы для солнечных батарей.

 

Мощность и эффективность солнечных панелей

Качество материала и особенности конструкции сильно влияют на эксплуатационные характеристики.

Эффективность монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей

Из всех вариантов монокристаллический имеет самый высокий КПД и мощность. Их КПД может превышать 20%, а поликристаллические обычно имеют показатель 15-17%.

Большинство стандартных монокристаллических солнечных панелей достигают мощности более 300 Вт, а некоторые могут превышать 400 Вт. Поликристаллические обеспечивают в среднем 200 Вт, хотя дорогие модели могут превышать 300 Вт.

Оба типа солнечных панелей поставляются с 60, 72 и 96 кремниевыми элементами. Однако при том же количестве ячеек монокристаллические системы способны производить больше электроэнергии.

Эффективность тонкоплёночных солнечных панелей

Гибкие полимерные блоки заметно уступают по прочности своим кристаллическим аналогам. С учетом использования передовых полупроводников КПД достигает 11%.

Тонкопленочные панели не имеют стандартных размеров, но если сравнить мощность кристаллических и тонкопленочных систем на 1м2, то можно сказать, что первые всегда будут давать большую мощность.

От чего зависит КПД домашней электростанции

Типы фотоэлектрических преобразователей

Промышленные солнечные панели классифицируют по конструктивным особенностям и типу рабочего солнечного слоя.

Различают такие типы аккумуляторов в зависимости от типа устройства:

• гибкие панели;
• жесткие модули.

Гибкие тонкопленочные панели постепенно занимают все большую нишу на рынке благодаря своей универсальности монтажа, ведь их можно устанавливать на большинство поверхностей с разнообразными архитектурными формами.Реальные характеристики солнечных батарей обычно ниже указанных в инструкции. Поэтому, прежде чем устанавливать их дома, желательно увидеть своими глазами аналогичный выполненный проект

По типу рабочего фотоэлектрического слоя солнечные панели делятся на следующие типы:

1. Кремний: монокристаллический, поликристаллический, аморфный.
2. Теллур-кадмий.
3. На основе селенида индия-меди-галлия.
4. Полимер.
5. экологический.
6. На основе арсенида галлия.
7. Комбинированные и многослойные.

Широкому потребителю интересны не все виды солнечных панелей, а только два первых кристаллических подвида.

Хотя некоторые другие виды панелей обладают высоким КПД, они не получили широкого распространения из-за высокой стоимости.

Кремниевые фотоэлементы очень чувствительны к теплу. Базовая температура для измерения выработки электроэнергии составляет 25°C. При повышении на один градус КПД панелей снижается на 0,45-0,5%.

Характеристики панелей на основе кремния

Кремний для солнечных элементов изготавливается из кварцевого порошка — измельченных кристаллов кварца. Самые богатые залежи сырья находятся в Западной Сибири и на Среднем Урале, поэтому перспективы этой области солнечной энергетики практически безграничны.

Уже сейчас на панели из кристаллического и аморфного кремния приходится более 80% рынка. Поэтому стоит рассмотреть их более подробно.

Читайте также: Светодиодный прожектор: как подключить к розетке, на улице

Монокристаллические кремниевые панели

Современные пластины монокристаллического кремния (mono-Si) имеют равномерный темно-синий цвет по всей поверхности. Для их производства используется чистейший кремний. Монокристаллические фотоэлементы имеют самую высокую цену среди всех кремниевых пластин, но при этом обеспечивают наилучшую эффективность.

Большие монокристаллические солнечные панели с вращающимися механизмами идеально вписались в пустынные пейзажи. Есть условия для максимальной производительности

Высокие производственные затраты связаны с трудностью ориентации всех кристаллов кремния в одном направлении. Благодаря таким физическим свойствам рабочего слоя максимальная эффективность обеспечивается только при перпендикулярном к поверхности плиты солнечном свете.

Монокристаллические батареи требуют дополнительного оборудования, автоматически поворачивающего их в течение дня, чтобы план панелей был максимально перпендикулярен солнечным лучам.

Слои кремния с односторонне ориентированными кристаллами вырезаются из цилиндрического металлического стержня, так что готовые блоки солнечных элементов выглядят как квадрат со скругленными углами.

К преимуществам аккумуляторов из монокристаллического кремния относятся:

1. Высокий КПД со значением 17-25%.
2. Компактность – меньшая площадь размещения оборудования на единицу мощности, по сравнению с панелями из поликристаллического кремния.
3. Долговечность — достаточная эффективность для производства электроэнергии обеспечивается до 25 лет.

Недостатков у таких аккумуляторов всего два:

1. Высокая стоимость и долгая окупаемость.
2. Чувствительность к загрязнениям. Пыль рассеивает свет, поэтому КПД покрытых ею солнечных панелей резко падает.

Из-за необходимости прямого солнечного света монокристаллические солнечные панели в основном устанавливаются на открытом воздухе или на высоте. Чем ближе местность к экватору и чем больше в ней солнечных дней, тем предпочтительнее установка именно этого типа солнечных батарей.

Поликристаллические солнечные батареи

Панели из поликристаллического кремния (мульти-Si) имеют неравномерный синий цвет из-за разнообразной ориентации кристаллов. Чистота кремния, используемого при их производстве, несколько ниже, чем у монокристаллических аналогов.

Разнонаправленность кристаллов дает высокую эффективность по рассеянному свету — 12-18%. Он ниже, чем у однонаправленных кристаллов, но в пасмурную погоду такие панели более эффективны.

Неоднородность материала также приводит к снижению затрат на производство кремния. Очищенный металл для поликристаллических солнечных панелей заливается в формы без особых ухищрений.

В производстве используются специальные приемы формирования кристаллов, но их направление не контролируется. После охлаждения кремний нарезается на слои и обрабатывается по специальному алгоритму.

Поликристаллические панели не требуют постоянной ориентации на солнце; поэтому для размещения активно используются крыши жилых домов и производственных зданий.

Днем при слабой облачности преимущества солнечных панелей из аморфного кремния не будут заметны, их преимущества раскрываются только при плотной облачности или в тени (+)

К преимуществам многоходовых кристаллических солнечных панелей относятся:

1. Высокая эффективность в условиях окружающего освещения.
2. Возможность стационарной установки на крыше.
3. Более низкая стоимость по сравнению с монокристаллическими панелями.
4. Продолжительность эксплуатации — падение КПД после 20 лет эксплуатации составляет всего 15-20%.

Недостатки поликристаллических панелей также имеются:

1. Снижение эффективности со значением 12-18%.
2. Относительно громоздкий — требует больше места для установки на блок питания по сравнению с монокристаллическими аналогами.

Поликристаллические солнечные панели все больше завоевывают долю рынка среди других кремниевых батарей. Это обеспечивается широкими потенциальными возможностями снижения затрат на их производство. КПД таких панелей тоже увеличивается ежегодно, быстро приближаясь к 20% для массовых изделий.

Солнечные панели из аморфного кремния

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

В результате этой технологии классические кристаллы не образуются, а себестоимость продукции резко снижается.

Фотогальванические элементы из напыленного аморфного кремния могут крепиться как на гибкую полимерную подложку, так и на жесткую стеклянную пластину

В настоящее время существует уже три поколения панелей из аморфного кремния, каждое из которых значительно повышает эффективность. Если первые солнечные модули имели КПД 4-5%, то сейчас на рынке массово продаются модели второго поколения с КПД 8-9%.

Последние аморфные панели имеют КПД до 12% и уже начинают появляться на рынке, но пока еще достаточно дороги.

Благодаря особенностям данной технологии производства возможно создание слоя кремния как на жесткой, так и на гибкой подложке. Благодаря этому модули аморфного кремния активно используются в гибких тонкопленочных солнечных модулях. А вот варианты с эластичной спинкой намного дороже.

Физическая и химическая структура аморфного кремния позволяет максимально поглощать фотоны слаборассеянного света для выработки электричества. Поэтому такие панели подходят для использования в северных регионах с большими свободными площадями.

Эффективность аккумуляторов на основе аморфного кремния не снижается при высоких температурах, хотя по этому параметру они уступают панелям из арсенида галлия.

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

Резюмируя, можно указать на следующие преимущества аморфных солнечных панелей:

1. Универсальность – возможность производить гибкие и тонкие панели, устанавливать батареи на любые архитектурные формы.
2. Высокая эффективность при рассеянном свете.
3. Стабильная работа при высоких температурах.
4. Простота и надежность конструкции. Такие панели практически не ломаются.
5. Сохранение производительности в суровых условиях — меньшее падение производительности на запыленных поверхностях, чем у кристаллических аналогов

Срок службы таких солнечных элементов, начиная со второго поколения, составляет 20-25 лет при падении мощности на 15-20%. К недостаткам панелей из аморфного кремния можно отнести лишь необходимость больших площадей для размещения оборудования необходимой мощности.

Обзор бескремниевых устройств

Некоторые солнечные панели из редких и дорогих металлов имеют КПД более 30%. Они во много раз дороже своих кремниевых аналогов, но все же заняли высокотехнологичную торговую нишу благодаря своим особым свойствам.

Солнечные панели из редких металлов

Существует несколько типов солнечных панелей из редкометаллов, и не все они более эффективны, чем модули из монокристаллического кремния.

Однако возможность работы 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 арабских странах, где их поверхность днем ​​нагревается до 70-80 градусов

Основными сплавами, используемыми в производстве фотоэлектрических элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия-меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS).

Кадмий — токсичный металл, а индий, галлий и теллур достаточно редки и дороги, 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%. Раньше они в основном применялись в аэрокосмической отрасли, но сейчас появилось новое перспективное направление.

Благодаря стабильной работе фотоэлементов из редких металлов при температурах 130-150°С их применяют в солнечных тепловых электростанциях. При этом солнечные лучи от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно вырабатывает электроэнергию и передает тепловую энергию водяному теплообменнику.

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

Полимерные и органические аналоги

Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать только в последнее десятилетие, но исследователи уже добились значительных успехов. Наибольший прогресс показывает европейская компания Heliatek, которая уже оснастила несколько многоэтажек органическими солнечными панелями.

Толщина конструкции рулонной пленки HeliaFilm составляет всего 1 мм.

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

Остро стоит вопрос о периоде распада органической рабочей силы. Достоверно подтвердить уровень эффективности после нескольких лет эксплуатации пока не удается.

Преимущества органических солнечных панелей:

• возможность экологически безопасной утилизации;
• низкие производственные затраты;
• гибкий дизайн.

К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно низкий КПД и отсутствие достоверной информации об условиях стабильной работы панелей. Не исключено, что через 5-10 лет все недостатки органических солнечных элементов исчезнут, и они станут серьезными конкурентами кремниевых пластин.

Какую солнечную панель выбрать?

Выбор солнечных батарей для загородных домов на широте 45-60° не представляет сложности. Здесь стоит рассмотреть только два варианта: поликристаллические и монокристаллические кремниевые панели.

При недостатке места лучше предпочесть более производительные модели с односторонней ориентацией кристаллов; при неограниченном радиусе действия рекомендуется покупать поликристаллические батареи.

Ориентироваться на прогнозы аналитических компаний по развитию рынка солнечных панелей не стоит, ведь их лучшие образцы, возможно, еще не придуманы

Конкретного производителя, необходимую мощность и дополнительное оборудование лучше выбрать при участии менеджеров компаний, занимающихся продажей и установкой такого оборудования. Следует знать, что качество и цена солнечных модулей от крупнейших производителей мало чем отличаются.

Следует помнить, что при заказе комплекта оборудования под ключ стоимость самих солнечных панелей составит всего 30-40% от общей суммы. Срок окупаемости таких проектов составляет 5-10 лет и зависит от уровня энергопотребления и возможности реализации излишков электроэнергии в городскую сеть.

Некоторые умельцы предпочитают устанавливать солнечные батареи своими руками. На нашем сайте есть статьи с подробным описанием технологии производства таких панелей, их подключения и обустройства систем солнечного отопления .