Важность свойств и технологии материала солнечных панелей
Основными устройствами для использования солнечной энергии, преобразования ее в электричество являются панели из плиток, пластин из специальных материалов, объединяемых в модули, массивы. Устройства также называют батареями, фотоэлектрическими, фотогальваническими элементами, но не надо их путать с гелио коллекторами, это разные изделия: первые вырабатывают электричество, вторые — тепло.
Модули из фотоэлектрических пластин, расположенные в освещаемом солнечным (ультрафиолетовым) светом месте, например, размещённые солнечные панели на крыше, поглощают излучение, которое преобразуется инвертором в ток, поступающий через стабилизаторы, контроллеры, аккумуляторы в электрическую сеть обслуживаемого объекта или для продажи в магистраль энергетических компаний.
Материал, технология создания пластин напрямую влияют на КПД, производство кВт/час, так как разные структуры могут более эффективно поглощать излучение, передавать его для процесса выработки электричества.
Солнечные панели
- долговечны (срок службы составляет 25-30 лет)
- просты в монтаже
- просты в обслуживании
- надежны и эффективны
Производство модулей основано на применении кремния. Кремний — второй элемент после кислорода по распространенности в земной коре. В природе в чистом виде кремний найти трудно, чаще всего он встречается в соединении с кислородом – кремнезем (Si02). Этот химический элемент обладает высокой реактивностью, и является в чистом виде важнейшим полупроводником в современной радиоэлектроники, вычислительной технике, альтернативной энергетике. В зависимости от технологий изготовления существуют несколько видов панелей, которые постоянно совершенствуются. Наиболее распространенными видами модулей являются кристаллические и тонкопленочные или аморфные панели. Кристаллические фотоэлектрические элементы бывают монокристаллические или поликристаллические
Монокристаллические панели
Монокремниевая пластина представляет собой один кристалл в виде цилиндрических максимально чистых кремниевых слитков, из которых путем резки получают прямоугольные кремневые диски по методу Чохральского. Монокристаллические элементы ― это квадраты с закругленными или срезанными углами,однородные по структуре, толщиной 0,2 — 0,3 мм, темно-синего или черного цвета с антиотражающим покрытием. Монокристаллические солнечные модули отличаются высокой эффективностью, компактностью, обладают наибольшим сроком службы.
Технология изготовления солнечных батарей из монокристаллических элементов достаточно дорогая. Это связано с использованием кремния высокой степени очистки.
Поликристаллические панели
Солнечные пластины из поликремния производятся путем постепенного охлаждения кремневой субстанции. Такая технология производства требует меньше энергозатрат и кремния не самой высокой степени очистки. Обрабатываются блоки поликристаллов так же, как и монокристаллическая заготовка. Поликристаллические панели представляют собой блок кристаллов разного направления, на срезе некоторые кристаллы четко видны, это правильные квадраты синего цвета с антиотражающим покрытием или серебристо-серые без покрытия, толщиной 0,2 – 0,3мм. КПД таких батарей более низкий (от 13% до 18%).
Тонкопленочные (аморфные) солнечных панелей
Основное отличие тонкопленочных или аморфных панелей состоит в напылении тонкого слоя аморфного кремния на подложку. Подкладочным материалом может служить либо гибкая (пластик) либо жесткая (стекло или металл) основа. Аморфные панели от других видов можно отличить по их темно-серому цвету, они гибкие, компактные и легкие. Стоимость ниже традиционных кремниевых. Такие батареи прекрасно работают при большой запыленности воздуха, им достаточно рассеянного света. Последние инновации в разработке кремниевой пленки привели к производству эффективных многопереходных солнечных батарей, которые содержат несколько слоев кремния. Разные полупроводниковые материалы поглощают солнечный свет по-разному, таким образом, захватив весь спектр излучений.
Какие фотоэлектрические элементы лучше: поли или моно
По вопросу, какие солнечные батареи лучше — моно или поликристаллические — есть большая доля неопределенности. Категорически сразу отдать предпочтения в рекомендациях и советовать только одни из вариантов неправильно — надо оценивать условия использования и расчеты.
Чем больше кристаллы Si, тем выше КПД, поэтому моноэлементы намного результативнее и КПД у них выше, примерно на 10–15 %, чем у поликристаллов. Последние часто преподносят как менее эффективные. Приведенные утверждения верны, но они подлежат коррекции, так как важен расчет, исходя из цены за Ватт мощности, а он показывает, что поликристаллы обойдутся дешевле на 10–20 %.
Есть мнение, что поли элементы лучше функционируют при низком уровне освещенности. В сети даже есть сравнительные тесты. Не следует им доверять, это отдельные случаи, когда рассматривают конкретных производителей, то есть результат у изделий иных компаний может быть прямо противоположным. Зависимость КПД при тусклом свете от типа кристалла ничтожная, больше значение имеет высокое качество изготовления.
Срок службы, стабильность работы
Плитки поликристаллических батарей деградируют быстрее, но стоимость на 15–20 % ниже и это обычно является решающим фактором на их пользу при выборе.
Касательно стабильности работы: моно фотоэлектрические элементы однозначно лучше, но данный фактор не настолько значим и существенный, чтобы быть главной определяющей по вопросу, чему отдать предпочтение.
Итог: что выбрать в разных ситуациях и условиях
Когда подойдет поликристаллическая фотоэлектрическая панель:
- для установки на относительно больших крышах, земле, когда отсутствует недостаток в площади. Иногда нет смысла переплачивать, если места хватает с избытком и поставленные цели по количеству электричества можно достичь, используя более дешевый тип панелей;
- для ограниченного бюджета.
Монокристаллы лучшие, а порой незаменимые, когда площадь под установку ограниченная, например, маленькие крыши. Солнечные монобатареи производят больше энергии с единицы площади, но есть и минус: с повышением температуры (нагрева) выходная мощность (КПД) падает медленнее у поликристаллических элементов. Впрочем, по этому параметру (по температурному коэффициенту) часто все зависит от качества производства.
Особенности рынка
Основной объем на рынке принадлежит поликристаллическим солнечным панелям и причина этому — низкая цена. Однако тенденция меняется из-за удешевления производства и технологий, что позволяет применять новые решения (панели гетероструктурные, PERC и тому подобное) и устанавливать доступную цену. Рынок постепенно становится ориентированным не на стоимость, а на эффективность изделий и технологические нововведения. Данная тенденция усиливается, так как даже самые продвинутые технологии удешевляются из года в год.
Солнечная батарея BenQ SunForte 333 PM096B00
В 2001 году на Тайване, в городе Синьчжу, произошло объединение двух крупных китайских компаний, работающих в области фотовольтаики. Новое объединение получило название BenQ Solar. Эта объединенная компания сразу заявила о себе, выпустив на мировые рынки высококачественные мощные гелиевые модули.
Солидная научно-исследовательская база и высокотехнологичные производственные мощности позволяют компании постоянно совершенствовать свою продукцию, внедряя самые передовые технологии. Начиная с 2013 года, компания приступила к производству гелиевых модулей по так называемой «обратно-контактной технологии.
Солнечные панели и их виды
Применение этой технологии дало возможность резко повысить мощность солнечных батарей при одновременном уменьшении размеров. Параллельно была увеличена и эффективность изделий.
Солнечная батарея SunForte PM096B00
Модуль SunForte PM096B00 – это на сегодняшний день самый мощный модуль, выпускаемый компанией BenQ Solar. Он выполнен по обратно-контактной технологии, что позволило получить выходную мощность 333 ватта при подтвержденной эффективности 20.4%.
По сравнению с традиционными модулями при равных габаритных размерах эти солнечные батареи производят значительно больше электроэнергии, что дает возможность уменьшить количество модулей и занимаемую ими площадь. Потери мощности составляют 5% за 5 лет, 13% за 25 лет эксплуатации.
Площадь, занимая обычными батареями для домашней электростанции в 4410 ватт
Площадь, занимая батареями SunForte PM096B00 для домашней электростанции в 5940 ватт
Модули сертифицированы по IEC/EN 61215 , IEC/EN 61730 и UL 1703. Ячейки модуля ламинированы трехслойным покрытием пленки EVA, сам модуль защищен закаленным противоударным стеклом с антибликовым покрытием, толщиной 3.2 миллиметра. На тыльной стороне модуля расположена многофункциональная распределительная коробка с байпасными диодами и соединительными кабелями. Модуль заключен в профиль из анодированного алюминия, покрытого черной краской.
Основные характеристики модуля. Номинальная мощность 333 ватта. Эффективность 20.4% Количество ячеек 96 (8х12) штук Материал Монокристаллический кремний Тип ячеек Высокоэффективные с задними проводниками Размеры (ДхШхТ) 1559х1046х46 миллиметров Вес 18.6 Тип разъемов ТЕ, совместимые с МС-4 Класс защиты IP67 Стоимость модуля 34000 рублей.
Какие модули выбрать
Выбор оптимального варианта надо производить по сочетанию стоимости, качества и технических показателей. Руководствоваться только конструкцией — неправильно, такой подход может стать причиной нерационального расхода денег. Надо произвести потребностей дома в электроэнергии, прибавить необходимый запас на непредвиденные ситуации и на падение производительности с увеличением срока службы.
Вы уже приняли для себя решение о покупке солнечной электростанции, но не уверены что лучше моно или поликристалл? В этой статье мы разберем все плюсы и минусы технологий.
Поликристаллические солнечные панели. Мифы и заблуждения
Конечно, каждый продавец и производитель заинтересован продать именно свой товар, а поэтому относительно некоторых технологий на рынке сформировались устойчивые заблуждения. Технология поликристаллического кремния не исключение и имеет характерные отличия от монокристаллического, чистого кремния. Отсюда многие особенности поли – батарей чаще интерпретируются как преимущества. Но так ли это? Вот некоторые утверждения продавцов, продающих солнечные панели:
- «Поликристаллический кремний лучше работает в пасмурную погоду!»
- «Ресурс работы поли — модулей такой же как у монокристалла.»
- «Поликристаллические солнечные батареи дешевле, а значит доступней»
Стоит заметить, что первое утверждение само по себе говорит о том, что Вы общаетесь не с профессионалом. Кремниевые солнечные батареи в пасмурную погоду имеют практически одинаковые показатели, не зависящие от технологии. Таким качеством, как «эффективная работа при низкой инсоляции» могут гордиться «не кремниевые», аморфные солнечные батареи, суммарная эффективность которых колеблется около 6-9%.
Poli — элементы действительно немного дешевле, так как процесс производства их не трудоемок и быстр. Но учитывая тот факт, что эффективность их на 15-25% ниже, для достижения выработки сравнимой с MONO — технологией площадь изделий должна быть больше. А значит выше расходы на изделие (стекло, коробка, корпус) и транспортные расходы. Выше становятся и расходы по монтажу изделий, затраты на крепежные элементы и коммутацию. Что будет дешевле для Вас — считайте сами, но первоначальная цена изделий это еще не солнечная электростанция.
Ресурс работы их тоже преувеличен. Поли – кристаллы солнечных элементов снижают эффективность значительно в более короткий период, по сравнению с «чистым кремнием».
Разберем теперь заблуждения, касающиеся mono — кристаллических солнечных элементов.
Солнечные батареи для дома – самой высокой эффективности!
Неоспоримы преимущества монокристаллических солнечных батарей. Но незначительные колебания в цене воспринимаются конечным покупателем не всегда правильно. Солнечные батареи для дома, типа mono, действительно немного дороже и встречается не у всех производителей и продавцов.
Панели из монокристаллического кремния имеют ряд преимуществ:
- Более компактные габаритные размеры на Ватт вырабатываемой мощности;
- Продолжительный ресурс эксплуатации с минимальной потерей эффективности кристалла (не более 20%, за 25 лет);
- Наивысшую эффективность преобразования энергии (из солнечной в электрическую).
Разве этого недостаточно, что бы сделать выбор в сторону более совершенной и эффективной технологии?
Производство кремниевых кристаллов
Производство солнечных панелей начинается с изготовления моно- или поликристаллических кремниевых элементов. Монокристаллический кремний требует более сложной и трудоемкой технологии.
Его создание осуществляется в несколько этапов:
- Многоступенчатая очистка кварцевого песка, содержащего большое количество диоксида кремния. В результате очистки из него удаляется кислород. Этот процесс выполняется при высокой температуре, обеспечивающей плавление и последующий синтез материала с другими химическими веществами.
- Далее, из очищенного кремния выращиваются кристаллы. Вначале отдельные куски чистого материала закладываются в тигель, внутри которого они разогреваются и плавятся. В расплавленную массу помещается затравка, используемая в качестве основы будущего кристалла. Атомы кремния, оседая слоями на этой затравке, постепенно принимают четкую упорядоченную структуру. Конечным результатом этого продолжительного действия становится крупный однородный кристалл.
- На следующем этапе монокристалл измеряется, калибруется и обрабатывается до требуемой формы. На выходе он получается в форме цилиндра, не совсем удобной для последующей обработки. Поэтому заготовка в сечении превращается в квадрат с закругленными углами. Затем, готовый монокристалл при помощи стальных нитей разрезается на отдельные тонкие пластинки. После этого выполняется их очистка, проверка качества и работоспособность.
- Способность вырабатывать электроэнергию появляется у кремния после добавления в него бора и фосфора. Сторона п-типа покрыта фосфором, обеспечивающим получение свободных электронов. На стороне р-типа располагается слой бора с дырочной проводимостью. Таким образом, между двумя элементами создается р-п-переход. При попадании на ячейку солнечного света, из атомной решетки начнется усиленный выход электронов и дырок. Они распространяются по всему электрическому полю и устремляются к своему заряду. Сбор полученного тока осуществляется с помощью проводников, припаянных с каждой стороны пластины.
- На завершающей стадии пластинки соединяются в цепочки, после чего они собираются в более крупные блоки. Мощность батареи зависит от количества ячеек. При их последовательном соединении возникает определенное значение напряжения, а при параллельном – сила тока. Для защиты от внешних воздействий ячейки покрываются пленкой, переносятся на стекло и устанавливаются в рамку прямоугольной формы. В конце сборки проверяются вольтамперные характеристики, после чего панель готова к эксплуатации.
Поликристаллические панели
Поликристаллические солнечные панели имеют самое главное преимущество — это доступная стоимость. Это связано с тем, что при производстве данного вида панелей используется абсолютно незатратный метод.
К недостаткам поликристаллических панелей относятся: 1. Низкий показатель производительности. Он составляет 14-18%. Это является результатом низкого уровня чистоты кремния. 2. Занимают больше пространства. Из-за меньшей мощности, придется устанавливать больше солнечных батарей, чем при использовании монокристаллических элементов. 3. Чувствительность к перепадам температуры. Такие панели имеют определенный порог температурного режима. Когда они его достигают, начинают происходить различные физико-химические реакции. Это, в свою очередь, влияет не общий срок эксплуатации поликристаллических панелей. Какой солнечной панели отдать предпочтение?
Какая солнечная панель лучше и сколько нужно солнечных батарей для дома — это главные вопросы, которые беспокоят потребителей. Поликристаллических панелей требуется для дома больше, чем монокристаллических. Однако это вовсе не означает, что первый вид панелей хуже другой. Они просто имеют разные способы производства.
Установка солнечных батарей — это достаточно длительный процесс. К нему надо подойти максимально внимательно. Установить однозначно, какие солнечные панели поликристаллические или монокристаллические лучше, практически невозможно.
Монокристаллические панели занимают меньше пространства. Но они дороже. Поликристаллические панели больше размером. Однако по стоимости они значительно дешевле монокристаллических панелей.
Значит, надо учитывать, что при одинаковой номинальной мощности, монокристаллические и поликристаллические панели могут отличаться своими размерами и ценой. Именно от этого Вам нужно отталкиваться, отдавая предпочтение конкретному виду солнечной батареи. Кроме этого, Вам необходимо определиться с: • целью установки; • расчетной мощностью; • условиями, в которых будут эксплуатироваться панели.
Если провести более жизненный пример сравнения, то разницу между видами солнечных панелей можно перевести и различие между дизельными и бензиновыми двигателями. Каждый из данных видов ДВС имеет идентичное назначение — это превращение химической энергии в механическую.
Как бензиновые, так и дизельные двигатели имеют свои преимущества и недостатки. Например, дизельные моторы более тяговитые и экономные, а бензиновые менее затратные в обслуживании. Принципиально понять, что для каждого отдельного случая эксплуатации машин — строительства, перевозки, скоростных гонок выдвигаются определенные требования. Поэтому их нужно выбирать в соответствии с условиями эксплуатации и другими выходными данными.
Абсолютно идентичная ситуация и с подбором солнечных батарей для строительства солнечной электростанции. Чтобы автономная или сетевая СЭС работала продуктивно и надежно, на этапе подготовки необходимо осуществить индивидуальный просчет всего проекта и правильно подобрать комплектующие.
Особенности поликристаллических панелей
Поликристаллы получают путем постепенного охлаждения расплавленного кремния. Такая технология обходится дешевле, чем искусственное выращивание монокристаллов, правда, на краях поликристаллов может присутствовать зернистость, что приводит к снижению их эффективности. Принципиальное отличие от монокристаллических — неоднородная структура и окрас. Это обусловлено примесями и тем, что в системе содержатся кристаллы разного типа. Особенности:
- КПД меньший, чем у монокристаллических элементов — до 17-18 %;
- доступная цена — производство поликристаллических панелей менее затратное;
- скорость утраты мощности (деградация) поликристаллов меньше, чем у монокристаллов.
Таким образом, если стоит задача получить определенное количество электроэнергии, при использовании поликристаллических панелей потребуется большая площадь. Есть мнение, что их выгоднее использовать в регионах с преобладанием пасмурных дней — при недостаточном количестве солнца поликристаллы дают больше энергии, чем монокристаллы.
Преимущества
Если возникает вопрос — монокристаллические и поликристаллические солнечные модули, что лучше — надо детально рассмотреть их достоинства. Преимуществами поликристаллов считают:
- более быстрый и экономичный способ изготовления
- отставание по всем параметрам от монокристаллов не слишком значительное
- стоимость поликристаллических модулей примерно на 20 % ниже, что при покупке больших партий создает большую экономию
Необходимо учитывать, что у некоторых производителей (например, у одного из лидеров мирового рынка компании Trina Solar) более высокие показатели демонстрируют солнечные панели поликристаллические. Они превосходят монокристаллы на 2,6 % по производительности, хотя по другим параметрам они примерно равны. Однако, у других производителей такого первенства не наблюдается.
Достоинства
- Процесс производства более дешевый и простой. Это сказывается на стоимости товара.
- Хорошая результативность при функционировании в облачных погодных условиях, этому способствует неравномерная поверхность панели.
- Поликристаллические солнечные панели отличаются более разнообразными параметрами по размерам и формам.
- Болееустойчивы к перепадам температуры окружающей среды.
Недостатки
К недостатками поликристаллических панелей принято относить:
- КПД этих конструкций составляет всего 12-18 %
- уровень производительности ниже
- долговечность поликристаллов примерно такая же, но со временем показатель производительности заметно падает
- размер панелей на 20 % больше, чем у монокристаллических модулей той же производительности. Это играет важную роль при необходимости разместить их в условиях ограниченного пространства — на крыше или иной поверхности
Необходимо учитывать, что недостатки поликристаллических панелей не настолько существенны, чтобы пользователи в массовом порядке отказались от их применения. Наоборот, спрос на эти конструкции гораздо выше, чем на все альтернативные разновидности. Он вызван оптимальным на сегодняшний день соотношением стоимости и параметров модулей.
Монокристаллические солнечные модули
Отличительной чертой, которой обладают монокристаллические батареи, где в основе производства использовался кремний, состоящий из монокристаллических молекулярных решеток – это их выраженная однородность расцветки рабочей пластины, а также всего внешнего вида. В результате обладания данными параметрами, определяются габариты зерен монокристаллического кремния. Непосредственно на производстве при использовании технологического сырья выращивается слиток монокристаллического кремния. Он имеет в своей основе довольно серьезные характеристики качества частоты и ровной структуры кристаллической решетки. Изготовление фотоэлементов, которые собирают в монокристаллические модули, осуществляется с применением слитков кремния, имеющих цилиндрическую форму. В процессе производства сам слиток обрабатывается со всех концов, что значительно повышает технические характеристики результативности работы конечного оборудования и его эффективность. Эта особенность производства влияет на окончательный внешний вид сборки монокристаллов – в результате все составляющие становятся совершенно одинаковыми с виду. В результате мы имеем высокоэффективные, работающие солнечные модули. Получается, что основное отличие во внешнем виде поликристаллических солнечных батарей от их аналогов где использовался монокристаллический элемент, будет в форме пластины элемента. Монокристаллические пластины в результате производства получают форму квадрата.
Кремниивая заготовка
Монокристаллические солнечные модули, в чем их преимущество?
В связи с качественным производством исходного элемента (высокой структурированностью молекулярной решетки монокристаллов), эти элементы обладают очень высоким коэффициентом полезного действия. Собранные по такому принципу солнечные энергетические установки на выходе обладают производительностью до двадцати процентов;
Для получения равнозначной мощности необходима установка, размеры которой будут значительно меньшими по сравнению с аналогичными видами фотоэлементов, произведенных по менее качественным технологиям
Это означает, что если вам надо получить установку мощностью производства электрического тока на уровне 20 ватт, будет нужно приобрести и установить кремниевые батареи меньших размеров;
И еще одно очень важное преимущество — это, конечно же, высокая долговечность эксплуатации такого оборудования. Монокристаллические пластины самые долговечные среди всего предлагаемого на рынке оборудования
При правильной установке и эксплуатации эти пластины верно прослужат вам по своему назначению не менее четверти века.
Монокристаллические солнечные модули
Монокристаллические солнечные фотоэлементы, в чем их недостатки в сравнении с другими типами фотоэлементов?
- В связи с особенностями производства исходного сырья, эти панели имеют вполне приличную стоимость покупки. В том случае если финансовый вопрос для вас имеет первостепенное значение, а коэффициент эффективности на вспомогательных ролях, то, конечно же, лучше выбрать для себя другие типы установок, например, поликристаллические;
- Значительную потерю производительности панели, а соответственно и всей энергетической установки, может повлечь даже незначительное загрязнение рабочей поверхности, в том числе и затемнение от листьев дерева или других внешних факторов. В целях нивелирования данного существенного недостатка, в цепочке с устанавливаемым оборудованием будет целесообразным установка микроинверторов. Их применение будет уравнивать функционирование всей системы вследствие возникновения ситуации, когда модули неравномерно освещаются.
Сравнение основных характеристик монокристаллических и поликристаллических элементов
Каждая из систем имеет свои плюсы и минусы. Как определить, что предпочтительнее, моно- или поликристаллы? Предлагаем вашему вниманию сравнительную таблицу, в которой рассмотрены ключевые характеристики каждого из вариантов:
| Параметр | Монокристаллы | Поликристаллы | Вывод |
| Температурный коэффициент | 0,45 % | 0,45 % | Снижение мощности в системах обоих типов происходит практически одинаково |
| Скорость деградации | На 3 % в первый год эксплуатации, в последующие — на 0,71 %. | На 2 % в первый год эксплуатации, на 0,67 % в последующие годы. | Разница несущественна, поэтому ею можно пренебречь. |
| Цена | Высокая стоимость, обусловлена сложностью производства. | На 10-15 % дешевле, чем монокристаллические элементы. | Для многих цена оказывается решающим доводом в пользу поликристаллических панелей. |
| Фоточувствительность (при уровне освещенности 600 Вт/м 2 | При одинаковой мощности модулей разница не превышает 10 %. | По сути этим показателем можно пренебречь. | |
| Годовая выработка | По данным лаборатории PHOTON она незначительно выше (не более 2 %) у монокристаллов. Однако более подробные исследования показали, что имеет значение не только тип панели, но и бренд. | Важнее свойства конкретной солнечной батареи — именно они являются ключевым критерием выбора. |
При выборе солнечных панелей необходимо обращать внимание не только на тип фотоэлементов, но и на другие критерии: соотношение цены и эффективности, заявленный ресурс (гарантийный срок), напряжение при максимальной мощности, комплектацию
