Какие самые эффективные солнечные батареи: Обзор лучших солнечных панелей с особенностями их использования

Высокоэффективные солнечные батареи могут стать дешевле  благодаря петербургским ученым

Группа ученых из Санкт‑Петербурга предложила и экспериментально опробовала технологию создания высокоэффективных солнечных батарей на основе А3В5 полупроводниковых соединений на кремниевой подложке, которые в будущем могут иметь эффективность в полтора раза больше и при этом более низкую себестоимость, нежели нынешние фотовольтаические преобразователи с одним каскадом. Появление данной технологии некогда было предсказано нобелевским лауреатом Жоресом Ивановичем Алферовым. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.

Сегодня, когда в мире сокращаются запасы источников углеводородного топлива и все больше растет обеспокоенность общественности относительно экологии, ученые уделяют пристальное внимание развитию так называемых «зеленых технологий». Одной из самых популярных тем является развитие солнечной энергетики.

Однако более широкому использованию солнечных батарей препятствует ряд проблем. Ставшие традиционными кремниевые солнечные батареи имеют сравнительно небольшую эффективность – около 20-25%. Более эффективные технологии требуют заметно более сложных полупроводниковых соединений, что значительно повышает цену самих солнечных элементов.

Петербургские ученые предложили решение данной проблемы. Исследователи из Университета ИТМО, Академического университета им. Ж.И. Алферова и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе показали, что A3B5 структуры можно вырастить на дешевой кремниевой подложке, что позволит существенно сократить стоимость многокаскадного солнечного элемента.

«Наша работа посвящена созданию эффективных солнечных элементов на основе А3В5 на кремниевой подложке, – рассказывает Иван Мухин, сотрудник Университета ИТМО, заведующий лабораторией Академического университета, который является соавтором исследования. – Главная сложность синтеза полупроводниковых соединений на кремниевой подложке состоит в том, что полупроводник должен обладать таким же параметром кристаллический решетки, как у кремния. Грубо говоря, атомы этого материала должны находиться на таком же расстоянии друг от друга, что и атомы кремния. К сожалению, полупроводников, отвечающих этому требованию, немного. К примеру, фосфид галлия (GaP). Однако он сам не очень подходит для создания солнечных элементов, так как плохо поглощает солнечный свет. Но вот если взять GaP и добавить азот N, мы получим раствор GaPN. Уже при малых концентрациях N данный материал становится прямозонным и хорошо поглощает свет, при этом может быть интегрирован на кремниевую подложку. При этом кремний является не просто фундаментом, на который синтезируется фотоматериал

– кремний сам может выступать одним из фотоактивных слоев солнечного элемента, поглощающим света в ИК-диапазоне. Одним из первых идея совмещения A3B5 структур и кремния была озвучена Жоресом Ивановичем Алферовым ».

В лаборатории ученым удалось получить верхний слой солнечной батареи, интегрированный на кремниевую подложку. Если таких фотоактивных слоев будет больше, то и эффективность солнечной батареи станет существенно выше, так как каждый слой солнечной батареи будет эффективно поглощать свою часть солнечного спектра.

Пока в лаборатории был создан первый небольшой прототип солнечной батареи на основе элементов А3В5 на кремниевой подложке. Сейчас перед учеными стоит задача создать солнечный элемент, имеющий в своем составе несколько фотоактивных слоев. Такие солнечные батареи заметно эффективнее поглощают солнечный свет и генерируют электрическую энергию.

«Мы научились растить самый верхний слой. Эта система материалов потенциально может быть использована и для промежуточных слоев. Если добавить мышьяк As, то получится GaPNAs – из него на кремниевой подложке можно вырастить несколько каскадов, работающих в разных частях солнечного спектра. Как показали наши предыдущие работы, потенциально эффективность таких солнечных батарей может превышать 40% при концентрации света, то есть быть в 1,5 раза выше, нежели в современных Si технологиях

», – заключает Иван Мухин.

Статья:

Liliia N.Dvoretckaia, Alexey D.Bolshakov, Alexey M. Mozharov, Maxim S.Sobolev, Demid A.Kirilenko, Artem I.Baranov, Vladimir Mikhailovskii, Vladimir V.Neplokh, Ivan A.Morozov, Vladimir V.Fedorov, Ivan S.Mukhin 

GaNP-based photovoltaic device integrated on Si substrate, 

Solar Energy Materials and Solar Cells, 2020

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024819306117?via%3Dihub

 

###

Университет ИТМО (Санкт‑Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, лидер Проекта 5-100. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open и др.

Контактное лицо: Ольга Огаркова, Заместитель руководителя пресс-службы

Тел.: +7 (911) 277-40-91, E-mail: [email protected], www.itmo.ru

 

Современные солнечные элементы и модули • Ваш Солнечный Дом

Автор: Каргиев В.

М., к.т.н. ©

Технологии производства солнечных элементов и панелей постоянно развиваются и совершенствуются. Производители и исследователи постоянно ищут пути увеличить эффективность солнечных панелей, повысить количество вырабатываемой энергии с единицы площади, улучшить их работы при различных уровнях освещенности, температуры и повысить стойкость к воздействию факторов окружающей среды.

За последние 15 лет мы видели прогресс в развитии технологий кристаллических солнечных элементов. Кроме улучшения качества  изготовления солнечных элементов изменялась и технология их производства. Эффективность солнечных элементов существенно выросла благодаря улучшениям в технологии производства солнечных фотоэлектрических элементов.

На настоящий момент можно выделить следующие новейшие технологии солнечных элементов (поли- и монокристаллы), которые мы рассмотрим ниже или в отдельных статьях (см. наличие ссылок на названии технологии):

Статья дополняет предыдущие материалы по теме (рекомендуется ознакомиться перед дальнейшим чтением):

• Multi Busbar — солнечные элементы с множеством токосъемных шин

• Split cells — разрезанные пополам и на 1/3 солнечные элементы

• Shingled — «чешуйчатые» элементы

• Bifacial — двусторонние панели и элементы (перейдите по ссылке для подробной информации)

• HJT — Heterojunction cells — гетероструктурные элементы. В России такие делает завод Хевел

• IBC — Interdigitated Back Contact cells — такие элементы делает компания SunPower и некоторые другие, в них токосъем осуществляется контактными «столбиками», соединяющими лицевую и тыльную части солнечного элемента

• TOPCon — Tunnel Oxide Passivated Contact

Как изменялась технология производства солнечных элементов?

1.

Размеры солнечных элементов

Развитие массового производства кремния для солнечных батарей привело к увеличению размера солнечных элементов. Если в конце  прошлого века наиболее популярными были солнечные элементы размером 100 и менее миллиметров, то в конце 90-х годов стандартом стали элементы размером 125*125 мм. Примерно в середине 2000-х начался переход на солнечные элементы размером 156х156 мм. Начиная с 2018 года все больше и больше производится элементов размером 158-158 и 166*166 мм. Это стало возможным благодаря повышению стабильности параметров выращиваемых кристаллов и внедрению в производство оборудования для выращивания кристаллов таких размеров.

Увеличение размера элементов позволяет снизить удельные затраты на производство единицы мощности солнечных панелей.

2.

Количество токосъемных шин солнечных ячеек

Это количество влияет на эффективность сбора свободных электронов, выбиваемых фотонами солнечного света, с поверхности солнечного элемента. Чем меньше расстояние между токосъемными шинами и чем они ýже, тем лучше эффективность сбора электронов. Это приводит к постоянному увеличению КПД солнечных элементов, который у элементов с 9 токосъемными шинами (busbars, далее bb) увеличился в 1,5-2 раза по сравнению элементами с 2bb (c примерно 11-12% до 22-24%).

Первые массово производимые солнечные элементы имели всего 2 токосъемные шины при размере 125*125 мм. До сих пор на рынке можно встретить солнечные модули из таких элементов, которые собираются из старых складских запасов. При покупке таких модулей будьте готовы к тому, что модули или произведены давно (лет 10-15 назад), или в них используются старые неэффективные солнечные элементы.

Более того, недавно произведенные модули из элементов такого размера с 2 bb могут быть сделаны из отбракованных остатков, которые были проданы производителями как брак за бесценок мелким сборщикам.

В начале 2010-х годов стандартом стали солнечные элементы  размером 156-156 мм с 3-мя, а потом и с 4-мя токосъемными шинами. Примерно в 2015 году стандартом стали солнечные элементы с 5 шинами. Они являются наиболее распространенными и сейчас (на начало 2021 года)

Однако примерно с 2017 года все больше производителей стало предлагать солнечные элементы с 7, 9, 12, 15 и даже 18 токосъемными шинами. Меняется и сама конструкция шин — если раньше они были плоскими полосками, которые затеняли часть солнечного элемента, то в мультишинных элементах шины делают круглыми и более тонкими. Т.к. длина тонких токосъемных полосок стала меньше, то и сопротивление их снизилось. Поэтому в мультишинных солнечных элементах меньше сопротивление токосъемных контактов, что повысило КПД солнечных элементов.

Еще одно преимущество MBB солнечных элементов — бóльшая стойкость к микротрещинам. Если солнечный элемент, вследствие воздействия удара или давления (например, очень большой град или на модуль наступил человек) получает микротрещину, то элемент с мультишинами будет меньше терять мощность, потому что в нем есть множество обходных путей для протекания тока по элементу.

Применение солнечных модулей с солнечными элементами с 9 токосъемными шинами по сравнению со стандартными на сегодняшний день элементами с 5 шинами помогает: уменьшить общую стоимость солнечной энергосистемы, улучшить её окупаемость, уменьшить риск микротрещин, хотспотов и LID (light induced degradation) эффекта при увеличении общего КПД и выработки энергии солнечной батареей.

На настоящий момент наиболее экономически обоснованными являются солнечные элементы с 9 bb. Стоимость таких элементов в последний год существенно снизилась и превышает стоимость стандартных солнечных элементов с 5 bb всего на 10-12%. При этом разница в КПД может доходить до 15-20%.

3. Солнечные элементы без токосъемных шин на лицевой поверхности. Еще одним методом улучшения эффективности солнечных элементов стала разработка солнечных элементов вообще без токосъемных шин на лицевой поверхности. Такие элементы производит американская компания SunPower (см. про IBC ниже). Несколько лет назад такие элементы имели самый высокий КПД (примерно 22%), при этом также стоили дороже всего. Токосъем как «+», так и «-» происходит за счет «столбиков», которые выходят своими вершинами на лицевую поверхность. Подробнее см. на сайте Sunpower.

В последние годы Sunpower близок к банкротству, т.к. такая технология намного дороже, но преимущества в КПД уже практически не осталось. Единственно, где еще нельзя заменить элементы Sunpower — это псевдогибкие солнечные панели. Это связано с тем, что элементы Sunpower практически нечувствительны к микротрещинам и сохраняют свою работоспособность при небольших изгибах солнечных элементов.

Стремление убрать с площади лицевой поверхности солнечных панелей токопроводящие шины и увеличить заполняемость солнечной панели солнечными элементами привело к изобретению так называемых «чешуйчатых» (shingled) солнечных панелей. На настоящий момент эти панели имеют наибольший КПД среди кристаллических солнечных панелей с шинными токосъемами. В нашем ассортименте есть такие модули мощностью 340-345 Вт в размере стандартных 60-элементных модулей. См. ниже для более подробной информации про «чешуйчатые» модули.

Разделенные (split) солнечные панели с половинными элементами

Особенности и преимущества солнечных батарей из резанных элементов

Раньше, если солнечную панель делали из нецелых элементов, это говорило о том, что эта панель сделана из отбракованных солнечных элементов со сколами и трещинами. Обычно такие панели делали мелкие производители, которые покупали отбраковку солнечных элементов, нарезали куски из неповрежденных частей и соединяли их в солнечные панели.   Такие бракованные элементы также имели и другие дефекты, приводящие к снижению срока службы и эффективности. Поэтому, если вам предлагали солнечную панель с количеством элементов больше, чем стандартное (36/60/72), да еще и дешевле обычной цены, то с большой долей вероятности вы могли получить модуль из отбракованных солнечных элементов Grade C или D. Такими модулями «грешили» поставщики под одной популярной до недавнего времени российской торговой маркой. К счастью, сейчас такие модули практически  не встречаются на российском рынке. 

Ситуация кардинально изменилась в последние пару лет. Появилась технология производства, при которой солнечные элементы специально режут на 2 или даже на 3 части. При этом сам модуль тоже делится на 2 равные части, которые работают практически независимо друг от друга. Это сделано по 3 основным причинам:

• уменьшаются токи, протекающие по солнечным элементам, что уменьшает резистивные потери
• при затенении одной части такого модуля вторая половина работает без потери мощности (как известно, при частичном затенение стандартного модуля, его мощность падает практически до 0 — для компенсации этого эффекта и применяются шунтирующие диоды в клеммной коробке солнечных панелей).
• улучшается заполняемость площади солнечной панели солнечными элементами, что также приводит к увеличению КПД солнечной панели.

Большинство крупных производителей в настоящее время перешли на изготовление солнечных панелей из разрезанных наполовину солнечных элементов (half-cut), которые пришли на замену стандартным квадратным солнечным элементам. Это позволило разделить солнечную панель на 2 независимо работающие половины. Мощность панели также разделена пополам. Это имеет несколько преимуществ, включая улучшенную производительность за счет снижения резистивных потерь в токосъемных полосках и шинах. Более  того, некоторые производители стали делать экстра-большие солнечные элементы размером 210*210 мм, которые разрезаются на 3 части. Такие солнечные элементы используются в солнечных модуля высокой мощности — до 600Вт.

Солнечная панель из половинных солнечных элементов

1. Размеры солнечного элемента больше в split солнечных модулях 

Бóльшие размеры солнечного элемента увеличивают площадь солнечных элементов в солнечной панели. Это позволяет делать солнечные панели большей мощности (до 600Вт) и увеличить КПД модуля до 22%.

2. Меньше расстояние между токосъемными шинами и более тонкие шины

Уменьшение расстояние между токосъемными шинами уменьшает интенсивность тока между ними и, следовательно, потери в солнечном элементе.  Площадь токосъемных шин в элементе в 9 шинами меньше на 22% по сравнению с элементов с 5 шинами. Увеличение полезной световоспринимающей площади солнечного элемента позволяет увеличить мощность и выработку энергии солнечным модулем.

Дополнительно, меньшее расстояние от краев солнечной панели до клеммной коробки, которая располагается в середине сплит-панели снижает потери в проводниках и повышает полезную мощность до 20Вт в сравнении с обычной панелью аналогичного размера.

Уникальная клеммная коробка сплит солнечной панели состоит из 3 частей для того, чтобы уменьшить эффект частичного затенения. В модуле есть 6 отдельных цепочек солнечных элементов (но только 3 шунтирующих диода), что обеспечивает меньшие потери мощности при частичном затенении модуля.

Клеммная коробка обычного и half-cut солнечного модуля

Так как каждый элемент — всего половина от стандартного элемента, то он производит в 2 раза меньший ток при том же напряжении. Это значит, что ширина токосъемных полосок может быть уменьшена в 2 раза, и это означает меньшее затенение полезной площади солнечного элемента и, как следствие, увеличенный КПД. Меньшие токи также приводят к меньшему нагреву солнечных элементов и панели в целом (а, как известно, при нагреве эффективность фотоэлектрических элементов падает). Также, меньшие температуры элементов снижают риск появления хотспотов (точек локального перегрева), которые не только снижают эффективность солнечного модуля, но и уменьшают срок его службы. Этот риск существует при частичном затенении модуля — как внешними предметами (ветки, облака), так и из-за пятен грязи на самих панелях. Резистивные потери в проводниках и шинах уменьшаются на 75%, мощность модуля возрастает на 4%.

3. Уменьшение эффектов затенения солнечных модулей
Эффект затенения для стандартного и half-cut солнечных модулей

На рисунке выше показано типичное соединение солнечных элементов в солнечном модуле. Элементы в стандартных модулях по 60 и 72 шт. обычно соединяются в 3 последовательные цепочки. При затенении нижней части солнечной панели (а обычно бывает именно такое затенение, особенно если панели в солнечной батарее располагаются рядами) из работы исключается весь солнечный модуль. У модуля с половинными элементами будет продолжать работать половина модуля. 

Солнечные модули с половинными элементами дороже в производстве, поэтому при их изготовлении обычно используются самые качественные элементы. В последнее время все больше модулей с половинными элементами делаются из элементов с 9 токосъемными шинами.

Половинные солнечные элементы позволяют снизить токи между солнечными элементами, что приводит к снижению потерь и увеличению КПД. Снижается риск микротрещин, увеличивается стойкость к хот-спотам (локальным перегревам) и снижается LID-деградация.

Резаные элементы применяются только в модулях малой мощности (в настоящее время менее 160-170Вт), потому что для получения стандартного напряжения солнечного модуля нужно определенное количество солнечных элементов (для 12В модуля — 36 шт. в последовательной цепочке).

 

Чешуйчатые (Shingled) солнечные модули — конструкция и преимущества

Еще одим способом увеличить эффективность солнечных модулей является уникальная технология, при которой солнечные элементы разрезаются на несколько частей и склеиваются. Такие солнечные модули дороже обычных, потому что для их производства необходимы дополнительные технологические операции. Солнечные элементы режутся на 5 частей примерно по токосъемным шинам, а затем склеиваются как черепица в ряды из 18 и более шт. «Чешуйчатые» солнечные панели обычно на 15-20% дороже стандартных с последовательно соединенными целыми солнечными элементами.

Для «склеивания» цепочек солнечных элементов применяются ECAs (electrically conductive adhesives) — специальные токопроводящие клеи. Такая технология позволила полностью отказаться от токосъемных шин. Внешний вид такого модуля показан на фотографии ниже.

Цепочки из склееных кусочков солнечных элементов могут располагаться как вдоль, так и поперек модуля (обычно). Солнечные элементы разрезаются при помощи лазера и затем склеиваются с небольшим перекрытием (отсюда еще одно их название — Overlapping cells), под которым скрываются токосъемные шины. При таком расположении можно использовать практически всю площадь солнечной панели, токосъемные шины не забирают полезную площадь модуля и не затеняют его, что приводит к увеличению КПД. Это очень похоже на эффект, которые достигается в другой технологии солнечных элементов  IBC (см. ниже).

Другое преимущество — длинные цепочки склеенных элементов обычно соединяются параллельно, и это сильно снижает эффект от затенения части солнечного модуля. Каждая цепочка работает независимо, и поэтому в этом отношении «чешуйчатые» солнечные модули гораздо лучше даже по сравнению с half-cut (половинными) модулями, потому что в них в 2 раза больше независимых по напряжению цепочек (12 против 6 у half-cut и 3 у модулей из целых элементов).

Напряжение у «чешуйчатых» солнечных модулей выше, чем у стандартных, поэтому их можно соединять в солнечной батарее как последовательно, так и параллельно. Это также снижает эффект затенения уже на уровне солнечной батареи (см. тут, если вы не знаете, чем отличаются солнечные модули и панели от солнечной батареи).

Преимущества shingled солнечных модулей

3 основные преимущества «чешуйчатых» модулей следующие:Essentially the three key advantages of the shingled solar panel design are they produce more power, improve reliability and are aesthetically pleasing.

1. Увеличение выработки электроэнергии на единицу площади

Чешуйчатые солнечные элементы не имеют токосъемных шин, нет токопроводящих шин, почти нет пустых от солнечных элементов участков на поверхности модуля. Наглядная демонстрация показана на фотографии ниже.

Преимущества чешуйчатых солнечных элементов в заполнении площади солнечного модуля

2. Меньше потери вследствие частичного затенения

В обычных солнечных модулях солнечные элементы соединены все последовательно, поэтому при частичном затенении их мощность очень сильно падает. В «чешуйчатом» солнечном модуле есть от 9 до 12 параллельных цепочек, и при частичном затенении солнечная панель практически теряет мощность только затененной части. Это в несколько раз снижает потери мощности солнечной батареи от частичного затенения модулей.

Распределение путей для тока в стандартном и «чешуйчатом» солнечном модуле

На рисунке ниже показаны различные случаи частичного затенения солнечного модуля и примерные потери мощности от затенения. Серым обозначена — обычная панель, зеленым — «чешуйчатая». У чешуйчатого модуля эффект гораздо ниже в большинстве случаев, исключение составляет вертикальное затенение модуля.

Практическая эксплуатация солнечных батарей из чешуйчатых модулей показала, что они вырабатывают на 37-45% больше энергии по сравнению с обычными солнечными модулями (см. ссылку №2 списка источников ниже).

3. Надежность лучше

Shingled модули имеют низкую вероятность выхода из строя токопроводящей шины. У обычных модулей есть около 30 метров токопроводящих шин и множество точек спайки, которые являются потенциальным местом повреждения при длительной эксплуатации в тяжелых климатических условиях.

Лучшее механическое исполнение. Статические и динамические тесты показали, что чешуйчатые модули лучше противостоят поломкам вследствие приложения внешней силы, по сравнению с обычными солнечными панелями.

4.

Привлекательный внешний вид

Технологии солнечных элементов и модулей улучшаются, и чешуйчатые модули в настоящее время представляют из себя одну из наиболее продвинутых технологих изготовления солнечных модулей.

В нашем ассортименте представлены несколько моделей чешуйчатых солнечных панелей. Производители — Tongwei Solar и Seraphim. 

Модули с высокой плотностью заполнения

Еще одним способом повысить полезное использование площади модулей стало технология «уплотнения» солнечных элементов. Такие модули получили название High-Density. В стандартном модуле расстояние между элементами составляет до 2 мм. Современные производители добились уменьшения этого расстояния до 0,5мм. Это может показаться довольно простым улучшением, но оно позволило уменьшить расстояние между солнечными элементами за счет того, что контакты на верхней поверхности одного элемента напрямую соединяются с контактом на нижней поверхности соседнего элемента (см. рисунок). Это позволило несколько процентов повысить эффективность солнечной панели.  

Jinko Solar использует технологию, которая похожа на «чешуйчатую». Её Tiling Ribbon (TR) технология позволила вообще исключить расстояние между модулями. Также, используется меньше серебра в припое для пайки, что снижает стоимость производства.

Двусторонние солнечные модули

Одними из первых модули с двусторонней чувствительностью разработал российский производитель в Краснодаре — завод «Солнечный Ветер». Мы продавали двусторонние модули еще 15-20 лет назад. К сожалению, в 2012 году завод закрылся, и с тех пор в России двусторонние модули больше не выпускаются. Но последние несколько лет все больше производителей стало выпускать такие (Bifacial) модули. В основном они изготавливаются из элементов n-типа («Солнечный ветер» был одним из первых в мире, кто освоил производство солнечных элементов n-типа). 

Двусторонние модули становятся все более популярными потому, что стоимость производства высокоэффективных и высококачественных солнечных элементов постоянно снижается. Для производства bifacial элементов нужны монокристаллы высшего качества. Двусторонние элементы могут преобразовывать солнечную энергию с обеих сторон. При правильной установке такие модули могут производить до 27% больше энергии по сравнению с обычными односторонними модулями. 

По конструкции такие модули могут отличаться по исполнению задней защитной части. Это может быть или прозрачная EVA пленка, или стекло (double glass). Модули с двойным стеклом имеют лучшую надежность и больший срок службы по сравнению со стандартными модулями с защитной пленкой. Модули могут быть с алюминиевой рамой и безрамными.

Как отличить по настоящему двусторонние модули от односторонних с прозрачной задней пленкой или двойным стеклом (такие тоже есть на рынке)? Настоящие двусторонние модули имеют токосъемную сетку с обеих сторон солнечного элемента.

Двусторонние солнечные модули на трекере

Традиционно двусторонние модули использовались только при установке на земле в таких условиях, когда отраженных от земли солнечный свет мог попадать на заднюю поверхность солнечной батареи. Например, при отражении от снега, от светлого песка и т.п. Даже при установке на светлых крышах достигалась добавка к выработке энергии (в среднем +10% по сравнению с односторонними модулями). 

Учитывая, что чувствительность задней стороны в таких модулях идет бонусом и ничего не стоит, применение двусторонних модулей может быть привлекательным даже при том, что задняя поверхность не освещается. Они часто используются при строительстве навесов и полупрозрачных крыш, потому что свет проникает через незаполненные солнечными элементами промежутки. 

Еще одним преимуществом двусторонних солнечных модулей является меньший температурный коэффициент из-за того, что такие модули меньше нагреваются на солнце. 

Как устанавливать двусторонние модули?

Способ установки bifacial модулей зависит от их конструкции. Рамные модули обычно легче устанавливать потому, что традиционные монтажные конструкции больше адаптированы именно к рамным модулям. Многие производители двусторонних модулей снабжают своими специальными креплениями, это облегчает установщикам их работу. Безрамные модули крепятся с помощью специальных креплений с резиновыми прокладками (они есть у нас в ассортименте), и нужно быть аккуратными при затяжке болтов, чтобы не расколоть стекло.

Количество энергии, которое генерируется тыльной стороной модуля, зависит от угла наклона солнечной батареи. Нужно обеспечивать попадание отраженного от поверхностей света на заднюю часть модуля. Несмотря на то, что в двусторонних фотоэлектрических модулях используются специальные тонкие клеммные коробки, которые практически не затеняют тыльную сторону элементов, сама монтажная конструкция может частично затенять тыльную часть солнечного модуля. В идеале нужно проектировать монтажную конструкцию с учетом используемых модулей с двусторонней чувствительностью, чтобы она минимально затеняла тыльную сторону солнечной батареи от отраженного света.

Вот некоторые производители, которые делают двусторонние модули:  LG, LONGi, Lumos Solar, Prism Solar, Silfab, Sunpreme, Trina Solar и Yingli Solar. С увеличением количества производителей двусторонние модули переходят из нишевого продукта в майнстрим. Думаю, мы увидим через несколько лет, что bifacial модули занимают существенную долю рынка солнечных модулей.

Видео от JA Solar, в котором рассказано о технологиях, применяемых в  современных солнечных модулях

В рекламируемом модуле применены технологии:

1. PERC (пассивированный задний контакт)
2. Half-cut cells (половинные солнечные элементы)
3. Multi busbars (увеличенное количество токосъемных шин — 9 в данном случае)
4. bifacial cells (двусторонная чувствительность элементов), даны цифры по увеличению выработки солнечными панелями за счет двусторонней чувствительности
5. double glass panels (двойное защитное стекло) увеличивает срок службы и выработку солнечных панелей за счет уменьшения деградации с течением времени.

Гетероструктурные HJT солнечные элементы

Гетероструктурные HJT солнечные элементы в основе имеют обычные кристаллические элементы, покрытые дополнительными тонкопленочными слоями аморфного кремния на каждой стороне. Эти пленки формируют так называемые гетеропереходы, в дополнение к основному переходу в кристаллическом элементе. Известно, что разные типы переходов преобразуют разные участки спектра солнечного света  в электричество. За счет этого эффекта достигается повышение общего КПД преобразования солнечной энергии в гетероструктурном солнечном элементе. 

Сейчас HJT элементы на основе обычных солнечных элементов с токосъемными шинами имеют КПД 22-23%. Ожидается, что максимальный КПД может быть повышен до 26,5% за счет комбинации гетероструктуры с IBC технологией формирования токосъемных контактов (см. ниже). Конечно же, перечисленные выше технологии улучшения токосъема (half-cut, multibusbar, shingled) также позволяют повысить КПД гетероструктурных элементов. 

К преимуществам HJT технологии также относится малый температурный коэффициент. Они меньше нагреваются при работе и меньше теряют мощность при нагреве. Температурный коэффициент в лучших HJT элементах улучшен на 40% по сравнению с обычными поликристаллическими и монокристаллическими модулями. Для лучших HJT модулей температурный коэффициент мощности составляет 0.26%/°C (против 0.38% … 0.42% /°C для обычных модулей). Это приводит к тому, что в жаркий безветренный солнечный день HJT солнечные батареи могут вырабатывать дополнительно до 20% электроэнергии. 

Улучшенный температурный коэффициент позволяет получать больше энергии от HJT солнечной батареи

Примечание: температура солнечной панели и солнечных элементов также зависит от цвета крыши под ними, угла наклона и скорости ветра. Поэтому при монтаже модулей на темной крыше вплотную к поверхности без вентиляционного зазора для обдува ветром температура модулей может быть существенно выше, а общая выработка в жаркую погоду сильно снизиться. 

В России гетероструктурные элементы производит завод Хевел, они есть в нашем ассортименте.

IBC технология солнечных элементов

Вид на тыльную поверхность IBC элемента

В IBC (Interdigitated Back Contact)  солнечных элементах создается сетка из 30 и более проводников, которые соединяются с задней частью солнечного элемента. В отличие от обычных солнечных элементов, в которых есть видимые токосъемные шины и токосъемная сетка, в IBC элементах передняя поверхность солнечного элемента полностью свободна. За счет этого достигается улучшение КПД солнечного элемента. IBC технология является одной из перспективных технологий производства современных солнечных элементов. Пока ее распространение сдерживается высокой ценой производства -солнечные IBC модули получаются по цене примерно 1 доллар за ватт (для сравнения, обычные модули стоят сейчас 0,2-0,25 доллара за пиковый ватт), цены не включают налоги, пошлины и доставку.

IBC элементы не только самые эффективные, но и самые механически прочные, потому что задняя контактная поверхность создает дополнительную жесткость и поддержку кремниевому элементу. 

Но высокая цена несколько лет назад была и у самых распространенных сейчас PERC элементов, и у гетероструктурных элементов. Мы видим сейчас, что эти технологии постепенно вытесняют другие, менее эффективные, хотя и более дешевые технологии производства. Рынок предпочитает более эффективные солнечные батареи самым дешевым. Поэтому скорее всего, IBC технология также скоро выйдет на массовый рынок солнечных батарей. 

Среди самых эффективных современных солнечных модулей, использующих эту технологию можно назвать произведенные SunPower и LG монокристаллические кремниевые IBC N-type модули. Эти модули также имеют гарантию на 90-92% мощности через 25 лет, что существенно больше стандартной для остальных модулей гарантии в 80% через 25 лет.  

• SunPower — Maxeon 3 — имеет 22.6% КПД

• LG energy — Neon R — имеет 21.7% КПД

Смотрите полный список наиболее эффективных солнечных панелей по состоянию на 2021 год.

TOPCon солнечные элементы

TOPCon означает Tunnel Oxide Passivated Contact и в настоящее время это наиболее продвинутая технология для солнечного элемента N-типа. Технология позволяет уменьшить рекомбинационные потери в переходе, что ведет к повышению эффективности. Вследствие различных причин, в солнечном элементе часть электронов рекомбинируется с дырками, что ведет к потерям тока. Ультратонкий слой TOPCon помогает уменьшить эти потери при минимальной цене в производстве. Впервые концепция TOPCon была предложена немецким институтом  Fraunhofer ISE в 2014 году, но до 2019 года она не получила значимого распространения. Только после того, как ее начали использовать такие крупные производители, как Trina Solar, JA Solar и Longi Solar, были получены в серийном производстве солнечные панели с КПД выше 22%.

Для понимания преимуществ этих элементов приведем сравнение характеристик двусторонних TopCon модулей производителя Jolywood (Китай)

Параметр	P-type	N-TOPcon
Мощность с обратной стороны, % от передней	70%	80%
Деградация в первый год эксплаутации	2%	1%
Ежегодная деградация	0.7%	0.4%
Гарантия на выработку, лет	25	30
Температурный коэффициент мощности	-0.37%	-0.32%

 

Ссылки на использованные материалы

1. Top 10 Solar Panels — Latest Technology 2021
2. What are shingled solar panels?

3. Best Solar Panels 2021

4. pv-manufacturing. org

Перейти к покупке современных солнечных модулей

Эта статья прочитана 3928 раз(а)!

Продолжить чтение

• 10000

  Как работают солнечные фотоэлектрические элементы? Структура солнечного элемента Солнечные элементы (СЭ) изготавливаются из материалов, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Большая часть из коммерчески выпускаемых в настоящее время СЭ изготавливается из кремния (химический символ Si). Кремний это полупроводник. Он…

• 10000

  Фотоэлектрические системы. Перспективы. Состав. Параметры С. Карабанов, Ю. Кухмистров. Солнечное излучение — один из наиболее перспективных источников энергии будущего. Предлагаем Вашему вниманию обзор возобновляемых источников энергии (и их сравнение по технико-экономическим параметрам с остальными). Большая часть материала посвящена типам и…

• 10000

  Тонкопленочные фотоэлектрические модули из аморфного кремния Тонкопленочные технологии часто рассматривают как будущее фотоэлектрической энергетики, несмотря на то, что в настоящее время более 90% всех производимых в мире солнечных модулей — кристаллические. Тем не менее, технологии тонкопленочных модулей развиваются очень быстро,…

• 10000

  Фотоэлектрические модули (солнечные панели) Солнечные панели состоят из солнечных элементов. Так как один солнечный элемент не производит достаточного количества электроэнергии для большинства применений, солнечные элементы собираются в солнечных модулях для того, чтобы производить больше электричества. Модули производятся из псевдоквадратных или…

• 10000

  Как работают солнечные элементы? Что такое ВАХ? Для генерации электричества от солнца вам нужен солнечный модуль, который состоит из одного или многих солнечных фотоэлектрических элементов. Когда на солнечный элемент падает солнечных свет, материал солнечного элемента поглощает часть солнечного света (фотоны).…

• 10000

Самые эффективные солнечные батареи

В последнее время солнечная энергетика развивается столь бурными темпами

В последнее время солнечная энергетика развивается столь бурными темпами, что за 10 лет доля солнечного электричества в мировой годовой выработке электроэнергии увеличилась с 0. 02% в 2006 году до почти одного процента в 2016 году.

Dam Solar Park — самая большая СЭС в мире. Мощность 850 мегаватт. 

Основным материалом для солнечных электростанций является кремний, запасы которого на Земле практически неистощимы. Одна беда – эффективность кремниевых солнечных батарей оставляет желать лучшего. Самые эффективные солнечные батареи имеют коэффициент полезного действия, не превышающий 23%. А средний показатель эффективности колеблется от 16% до 18%. Поэтому исследователи всего мира, занятые в области солнечной фотовольтаики, работают на тем, чтобы освободить солнечные фотопреобразователи от имиджа поставщика дорогого электричества.

Развернулась настоящая борьба за создание солнечной суперячейки. Основные критерии – высокая эффективность и низкая стоимость. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) в США даже выпускает периодически бюллетень, в котором отражаются промежуточные результаты этой борьбы. И в каждом выпуске показываются победители и проигравшие, аутсайдеры и выскочки, случайно ввязавшиеся в эту гонку.

Лидер: солнечная многослойная ячейка

Эти гелиевые преобразователи напоминают сэндвич из разных материалов, в том числе из перовскита, кремния и тонких пленок. При этом каждый слой поглощает свет только определенной длины волны. В результате эти при равной площади рабочей поверхности многослойные гелиевые ячейки вырабатывают значительно больше энергии, чем другие.

Рекордное значение эффективности многослойных фотопреобразователей было достигнуто в конце 2014 года совместной немецко-французской группой исследователей под руководством доктора Франка Димрота во Фраунгоферовском институте систем солнечной энергии. Была достигнута эффективность в 46%. Такое фантастическое значение эффективности было подтверждено независимым исследованием в NMIJ/AIST — крупнейшем метрологическом центре Японии.

Многослойная солнечная ячейка. Эффективность – 46%

Эти ячейки состоят из четырех слоев и линзы, которая концентрирует на них солнечный свет. К недостаткам следует отнести наличие в структуре субстрата германия, который несколько увеличивает стоимость солнечного модуля. Но все недостатки многослойных ячеек в конечном счете устранимы, и исследователи уверены, что в самом ближайшем будущем их разработка выйдет из стен лабораторий в большой мир.

 

Новичок года — перовскит

Совершенно неожиданно в гонку лидеров вмешался новичок – перовскит. Перовскит – это общее название всех материалов, имеющих определенную кубическую структуру кристаллов. Хотя перовскиты известны давно, исследование солнечных ячеек, изготовленных из этих материалов, началось только в период с 2006 по 2008 годы. Первоначальные результаты были разочаровывающими: эффективность перовскитных фотопреобразователей не превышала 2%. При этом расчеты показывали, что этот показатель может быть на порядок выше. И действительно, после ряда успешных экспериментов корейские исследователи в марте 2016 года получили подтвержденную эффективность 22%, что само по себе уже стало сенсацией.

Перовскитный солнечный элемент

Преимуществом перовскитных элементов является то, что с ними более удобно работать, их легче производить, чем аналогичные кремниевые элементы. При массовом производстве перовскитных фотопреобразователей цена одного ватта электроэнергии могла бы достигнуть $0.10. Но специалисты считают, что до тех пор, пока перовскитные гелиевые ячейки достигнут максимальной эффективности и начнут выпускаться в промышленном количестве, стоимость «кремниевого» ватта электричества может быть существенно снижена и достигнуть того же уровня в $0.10.

Экспериментально: квантовые точки и органические солнечные ячейки

Эта разновидность солнечных фотопреобразователей пока находится на ранней стадии развития и пока не может рассматриваться как серьезный конкурент существующим гелиевым ячейкам. Тем не менее разработчик – Университет Торонто – утверждает, что согласно теоретическим расчетам, эффективность солнечных батарей на базе наночастиц – квантовых точек ‒ будет выше 40%. Суть изобретения канадских ученых состоит в том, что наночастицы – квантовые точки ‒ могут поглощать свет в различных диапазонах спектра. Изменяя размеры этих квантовых точек, можно будет выбрать оптимальный диапазон работы фотопреобразователя.

Солнечная ячейка на базе квантовых точек

А учитывая, что этот нанослой может наноситься методом распыления на любую, в том числе и прозрачную основу, то в практическом применении этого открытия просматриваются многообещающие перспективы. И хотя на сегодняшний день в лабораториях при работе с квантовыми точками достигнут показатель эффективности, равный всего11.5%, сомнений в перспективности этого направления нет ни у кого. И работы продолжаются.

Solar Window – новые солнечные ячейки с эффективностью 50%

Компания Solar Window из штата Мэриленд (США) представила революционную технологию «солнечного стекла», которая в корне меняет традиционные представления о солнечных батареях.

Ранее уже были сообщения о прозрачных гелиевых технологиях, а также о том, что эта компания обещает увеличить в разы эффективность солнечных модулей. И, как показали последние события, это были не просто обещания, а эффективность 50% — уже не только теоретические изыски исследователей компании. В то время как другие производители только выходят на рынок с более скромными результатами, Solar Window уже представила свои поистине революционные высокотехнологичные разработки в области гелиевой фотовольтаики.

Эти разработки открывают дорогу к выпуску прозрачных солнечных батарей, имеющих значительно более высокую эффективность по сравнению с традиционными. Но это не единственный плюс новых солнечных модулей из Мэриленда. Новые гелиевые элементы могут легко крепиться к любым прозрачным поверхностям (например, к окнам), могут работать в тени или при искусственном освещении. Благодаря своей дешевизне инвестиции в оснащение здания такими модулями могут окупиться в течение года. Для сравнения следует отметить, что срок окупаемости традиционных солнечных батарей колеблется от пяти до десяти лет, а это – огромная разница.

Солнечные ячейки от компании Solar Window

Компания Solar Window озвучила некоторые детали новой технологии получения солнечных батарей, имеющих столь высокую эффективность. Разумеется, главные know how остались за скобками. Все гелиевые элементы изготовлены, в основном, из органического материала. Слои элементов состоят из прозрачных проводников, углерода, водорода, азота и кислорода. По данным компании, производство этих солнечных модулей настолько безвредно, что оно оказывает в 12 раз меньшее воздействие на окружающую среду, чем производство традиционных гелиевых модулей. В течение ближайших 28 месяцев первые прозрачные солнечные батареи будут установлены в некоторых зданиях, школах, офисах, а также в небоскребах.

Если говорить о перспективах развития гелиевой фотовольтаики, то очень похоже, что традиционные кремниевые солнечные батареи могут отойти в прошлое, уступив место высокоэффективным, легким, многофункциональным элементам, открывающим самые широкие горизонты гелиевой энергетике. опубликовано econet.ru 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Созданы солнечные батареи с максимальным КПД — Российская газета

Ученые Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии (США) разработали солнечные батареи с максимальным на сегодняшний момент КПД. Он составляет 39,2 процента при естественной освещенности солнцем, и при концентрированном солнечном свете — более 47 процентов. Оба показателя побили мировой рекорд для солнечных батарей. Сообщение об этом появилось в издании Nature Energy.

Такого эффекта разработчикам удалось достигнуть за счет инновационной конструкции пластин. Фотоэлемент представляет собой слоеный пирог из шести слоев, каждый их которых изготовлен из отдельного материала. Это фосфид алюминия-галлия-индия, арсенид алюминия-галлия, арсенид галлия и три разновидности арсенидов галлия-индия. Подобное разнообразие материалов позволяет использовать для выработки электричества фотоны с самой разной энергией.

Помимо этого, между слоями размещены прослойки вспомогательных веществ. В итоге всего в «слоеном пироге» 140 уровней. Любопытно, что сама батарея при этом втрое тоньше человеческого волоса.

Подобные фотоэлементы имеют высокую стоимость из-за сложности их производства. Однако авторы разработки имеют ответ и на этот вопрос. Стоимость, считают они, можно существенно снизить, если уменьшить площадь фотоэлемента. Сделать это можно, фокусируя свет с помощью вогнутых зеркал.

Подобная разработка имеет перспективное значение как для энергетики в целом, так и для космической промышленности. Сейчас в космических аппаратах используются кремниевые фотоэлементы, КПД которых составляет всего около 20 процентов. Поэтому на спутниках для выработки энергии применяются фотопанели большой площади. Новые компактные и эффективные батареи — будущее космической отрасли.

Кстати, уже изобретен фотоэлемент, устойчивый к космической радиации. КПД у него невысокий, 24,1 процента, но состав — перовскит, соединения меди, индия, галлия и селена придает устойчивость перед протонным облучением, что важно в условиях космоса для межпланетных зондов, не защищенным магнитным полем Земли.

Солнечные панели с самым высоким кпд. Эффективность солнечных батарей повысили вдвое. Плёночные батареи на основе теллурида кадмия

Невысокий КПД солнечных батарей – один из основных недостатков современных гелиосистем. На сегодняшний день один квадратный метр фотоэлемента способен вырабатывать около 15-20 % от мощности падающего на него излучения.

Такая выработка требует установку батарей больших размеров для полноценного электроснабжения. Более того, чтобы достичь необходимого выходного напряжения, соединяются между собой последовательно или параллельно. Их площадь при этом может достигать от нескольких квадратных метров.

КПД солнечных панелей зависит от целого ряда причин:

• материал фотоэлемента;
• плотность солнечного потока;
• время года;
• температура;
• и др.

Давайте подробнее поговорим о каждом факторе.

Материал фотоэлемента

Делятся на три вида, в зависимости от метода образования атома кремния:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• панели из аморфного кремния.

Поликристаллические панели изготовлены из чистого кремния и отличаются сравнительно высоким КПД – 14-17%.

Монокристаллические панели менее эффективны в преобразовании солнечной энергии. Их коэффициент полезного действия около 10-12 %. Но невысокие энергозатраты на изготовление таких преобразователей делает их более доступными.

Панели из аморфного кремния (или тонкопленочные) просты и недороги в производстве, как следствие, доступны по цене. Однако, эффективность их значительно ниже, чем у предыдущих двух видов – 5-6%. К тому же элементы тонкопленочных преобразователей из кремния со временем утрачивают свои свойства.

Тонкопленочные батареи также изготавливают с нанесением частиц меди, индия, галлия и селена. Это немного увеличивает их производительность.

Работа в любую погоду

График зависимости мощности от погодных условий Данный показатель зависит от географического расположения панели: чем ближе к экватору, тем выше плотность солнечного излучения.

Зимой производительность фотоэлементов может снизиться от 2 до 8 раз. Это объясняется, прежде всего, скоплением на них снега, сокращением продолжительности и количества солнечных дней.

Важно помнить: в зимнее время следить за наклоном панелей т. к. солнце находится ниже обычного.

Условия эффективной работы

Чтобы батарея работала эффективно, нужно учесть несколько нюансов:

• угол наклона батареи к солнцу;
• температуру;
• отсутствие тени.

Угол между рабочей поверхностью преобразователя и солнечными лучами должен быть близок к прямому. В таком случае эффективность фотоэлементов при прочих равных условиях будет максимальна. Чтобы увеличить КПД дополнительно к ним устанавливают систему слежения за солнцем, которая меняет наклон относительно положения светила. Но подобное встречается нечасто из-за дороговизны оборудования.

Кристаллическая решетка перовскита Ch4Nh4PbI3

Wikimedia Commons

Американские исследователи показали, что в солнечных элементах на основе перовскитов носители заряда, обладающие избыточной энергией, способны преодолевать значительное расстояние, прежде чем рассеют ее в виде тепла. Это означает, что реализовать фотоэлектрические элементы на горячих носителях, для которых теоретический предел КПД вдвое выше, чем у обычных кремниевых, на практике вполне возможно. Исследование опубликовано в журнале Science .

В самых распространенных на сегодняшний день солнечных элементах, использующих в качестве полупроводника кремний, теоретически возможный коэффициент полезного действия едва превышает 30 процентов. Это связано с тем, что кремниевые элементы способны использовать спектр солнечного света только частично. Фотоны, обладающие энергией ниже пороговой, просто не поглощаются, а обладающие слишком высокой приводят к образованию в фотоэлементе так называемых горячих носителей заряда (например, электронов). Время жизни последних составляет около пикосекунды (10 -12 секунды), потом они «остывают», то есть рассеивают избыточную энергию в виде тепла. Если бы горячие носители удавалось собирать, это повысило бы теоретический предел КПД до 66 процентов, то есть вдвое. Несмотря на то что в некоторых экспериментах небольшое сохранение энергии удавалось наблюдать , элементы на горячих носителях пока остаются скорее гипотетическими.

Ученые из Университета Пердью и Национальной лаборатории возобновляемой энергетики (США) внесли вклад в изучение нового перспективного класса фотоэлектрических элементов на основе перовскитов и продемонстрировали, что в таких элементах горячие носители не только обладают повышенным временем жизни (до 100 пикосекунд), но и способны «пробегать» значительные дистанции в несколько сотен нанометров (что сопоставимо с толщиной слоя полупроводника).

Металлорганические перовскиты получили свое название благодаря кристаллической структуре. Она по сути повторяет структуру природного минерала — перовскита, или титаната кальция. Химически они представляют собой смешанные галогениды свинца и органических катионов. Авторы работы использовали распространенный перовскит на основе иодида свинца и метиламмония. Исходя из того, что в перовскитах время жизни горячих носителей существенно увеличено по сравнению с другими полупроводниками, авторы решили выяснить, на какое расстояние могут переноситься горячие носители за время их остывания. С использованием ультраскоростной микроскопии исследователям удалось непосредственно пронаблюдать транспорт горячих носителей в тонких пленках перовскита с высоким пространственным и временным разрешением.

Транспорт горячих носителей в полупроводнике в течение первой пикосекунды после возбуждения

Guo et al / Science 2017

Оказалось, что медленное остывание в перовскитах сопряжено с дальностью пробега, которая составила до 600 нанометров. Это означает, что носители заряда с избыточной энергией теоретически способны преодолевать слой полупроводника и достигать электрода, то есть их возможно собирать (правда, как это реализовать технически, авторы работы не обсуждают). Таким образом, солнечные элементы на горячих носителях, возможно, удастся воплотить в жизнь, взяв за основу перовскиты.

К настоящему времени максимальный КПД, доходящий до 46%, был зарегистрирован для многослойных многокомпонентных фотоэлектрических элементов, в состав которых входит арсенид галлия, индий, германий со включениями фосфора. Такие полупроводники используют свет более эффективно, поглощая различные части спектра. Производство их очень дорого, поэтому такие элементы используются только в космической промышленности. Ранее мы писали также про элементы на основе теллурида кадмия, которые можно производить в виде гибких и тонких пленок. Несмотря на то, что общий вклад в производство электроэнергии солнечной энергетики пока не превышает 1%, темпы роста можно назвать взрывными. Особенно заинтересованы в использовании возобновляемой энергии солнца такие страны как Индия и Китай. Компания Google в конце 2016 года заявила, что в этом году собирается полностью перейти на возобновляемую энергетику.

В настоящее время в быту используются в основном кремниевые фотоэлементы, реальный КПД которых составляет 10–20 процентов. Элементы на основе перовскитов появились менее 10 лет назад и сразу вызвали к себе заслуженный интерес (о них мы уже писали ). КПД таких элементов быстро увеличивается и практически доведен до 25 процентов, что сопоставимо с лучшими образцами кремниевых фотоэлементов. К тому же они очень просты в производстве. Несмотря на технологический успех, физические принципы работы перовскитовых элементов относительно мало изучены, поэтому обсуждаемая работа ученых из США вносит важный вклад в фундаментальные основы фотовольтаики и, конечно, влечет за собой перспективу дальнейшего увеличения КПД солнечных элементов.

Дарья Спасская

Солнечные батареи – это уникальная система, позволяющая преобразовывать солнечные лучи в электрическую и тепловую энергию. Растущий спрос на гелиопродукцию, на сегодня, обуславливается ее быстрой окупаемостью и долговечностью, доступностью теплоносителя. Но, какое напряжение способны вырабатывать солнечные батареи? О том, насколько эффективны гелиосистемы, и от чего зависит коэффициент их полезного действия – читайте в статье.

Солнечные батареи с высоким КПД: виды преобразователей

КПД солнечный батарей – это величина, которая равняется отношению мощности электроэнергии к мощности падающих на панель устройства солнечных лучей. Современные солнечные батареи обладают КПД в диапазоне от 10 до 45%. Такая большая разница обуславливается различиями между материалами изготовления и конструкцией пластин батарей.

Так, пластины солнечных батарей могут быть:

• Тонкопленочными;
• Многопереходными.

Солнечные батареи последнего типа, на сегодня, являются наиболее дорогими, но и наиболее продуктивными. Это связано с тем, что каждый переход в пластине поглощает волны с определенной длиной. Таким образом, устройство охватывает весь спектр солнечных лучей. Максимальный КПД батарей с многопереходными панелями, полученный в лабораторных условиях, составляет 43,5%.

Энергетики с уверенностью заявляют, что через несколько лет этот показатель возрастет до 50%. КПД тонкопленочных пластин зависит, в большей степени, от материала их изготовления.

Так, тонкопленочные солнечные батареи делятся на такие виды:

• Кремниевые;
• Кадмиевые.

Наиболее популярными солнечными батареями, которые можно использовать в бытовых целях, считаются установки с кремниевыми пленочными пластинами. Объем таких устройств на рынке составляет 80%. Их КПД достаточно низкий – всего 10%, но они отличаются доступностью и надежностью. На несколько процентов показатель полезного действия выше у кадмиевых пластин. Пленки с частицами селенида, меди, индия и галлия имеют более высокий КПД, который равняется 15%.

От чего зависит эффективность солнечных батарей

На КПД фотоэлектрических преобразователей влияет масса факторов. Так, как было отмечено выше, количество вырабатываемой энергии зависит от структуры панели преобразователя, материала их изготовления.

Кроме того, эффективность солнечных преобразователей зависит от:

• Силы солнечного излучения. Так, при снижении солнечной активности, мощность гелиоустановок снижается. Чтобы батареи обеспечивали потребителя энергией и в ночное время, их снабжают специальными аккумуляторами.
• Температуры воздуха. Так, солнечные батареи с охлаждающими устройствами являются более продуктивными: нагрев панелей негативно сказывается на их способности преобразовывать энергию в ток. Так, в морозную ясную погоду КПД гелиобатарей выше, нежели в солнечную и жаркую.
• Угла наклона устройства и падения солнечных лучей. Для обеспечения максимальной эффективности, панель солнечной батареи должна быть направлена строго под солнечное излучение. Наиболее эффективными считаются модели, уровень наклона которых можно менять относительно расположения Солнца.
• Погодных условий. На практике отмечено, что в районах с пасмурной, дождливой погодой эффективность солнечных преобразователей значительно ниже, нежели в солнечных регионах.

Кроме того, на эффективность солнечных преобразователей влияет и уровень их чистоты. Для того, чтобы устройство могло работать продуктивно, его пластины должны потреблять как можно больше солнечного излучения. Сделать это можно лишь в том случае, если приборы чистые.

Скопление на экране снега, пыли и грязи может уменьшить КПД устройства на 7%.

Мыть экраны рекомендуется 1-4 раза в год в зависимости от степени загрязнений. При этом, для очистки можно использовать шланг с насадкой. Технический осмотр преобразовательных элементов следует проводить раз в 3-4 месяца.

Мощность солнечных батарей на квадратный метр

Как было замечено выше, в среднем, один квадратный метр фотоэлектрических преобразователей обеспечивает выработку 13-18% от мощности попадающих на него солнечных лучей. То есть, при самых благоприятных условиях, с квадратного метра солнечных батарей можно получить 130-180 Вт.

Мощность гелиосистем можно увеличивать, наращивая панели и увеличивая площадь фотоэлектрических преобразователей.

Получить большую мощность можно и, установив панели с более высоким КПД. Тем не менее, достаточно низкий (в сравнении, например, с индукционными преобразователями) коэффициент полезного действия доступных солнечных батарей является главной преградой на пути к их широкому использованию. Увеличение мощности и КПД гелиосистем является первостепенными задачами современной энергетики.

Самые эффективные солнечные батареи: рейтинг

Наиболее эффективные солнечные преобразователи, на сегодня, производит фирма Sharp. Трехслойные, мощные, концентрирующие солнечные панели имеют эффективность в 44,4%. Стоимость их невероятно высока, поэтому они нашли применение лишь в авиационно-космической промышленности.

Наиболее доступными и эффективными являются современные солнечные батареи от компаний:

• Panasonic Eco Solutions;
• First Solar;
• MiaSole;
• JinkoSolar;
• Trina Solar;
• Yingli Green;
• ReneSola;
• Canadian Solar.

Компания Sun Power производят самые надежные солнечные преобразователи с КПД в 21,5%. Продукция этой компании пользуется абсолютной популярностью на коммерческих и производственных объектах, уступая, разве что, устройствам от Q-Cells.

КПД солнечных батарей (видео)

Современные солнечные батареи, как экологически чистые устройства преобразования энергии с неиссякаемым теплоносителем, набирают всю большую популярность. Уже сегодня девайсы с фотоэлектрическими преобразователями используют для бытовых целей (зарядки телефонов, планшетов). Эффективность солнечных установок пока уступает альтернативным способам получения энергии. Но, повышение КПД преобразователей – это первостепенная задача современной энергетики.

Много путаницы сегодня существует вокруг понятия кпд гелиосистемы, что является важным критерием их стоимости. Понятие кпд солнечных батарей означает процент падающего на панель солнечного света, преобразованного в электричество, с дальнейшей возможностью использования. Разные материалы для солнечных панелей создают различный кпд, даже одинаковые компании – производители имеют различный показатель эффективности преобразования. Повышение кпд является лучшим способом снизить затраты на солнечную энергию.

КПД солнечной батареи зависит от чистоты пластин, которые используются в качестве сырья при изготовлении. Кроме того, очень важно, является ли панель монокристаллического или поликристаллического вида. Большинство крупных компаний концентрирует свои усилия именно на повышении эффективности, для сокращения расходов в беспощадном использовании солнечной энергетики.

Рассмотрим общий диапазон кпд солнечных батарей, исходя из разных типов элементов и различных технологий.

Бывают следующих — поликристаллического или монокристаллического кремния. Мульти-солнечные батареи имеют более низкую эффективность, чем батареи из монокристаллических элементов.

Кпд солнечной батареи может варьироваться от 12% до 20% для обычного монокристаллического кремния. В обычно устанавливаемых, расчетный кпд составляет 15% и зависит от вида исполнения самого кремния. Одни из мировых производителей постоянно повышают эффективность для того, чтобы снизить свои издержки и опередить соперников в этой конкурентной индустрии. Другие дают максимальную эффективность кристаллических солнечных элементов, используя крупные масштабы производства.

Поликристаллические фотоэлементы имеют более низкую стоимость, чем монокристаллические и кпд в диапазоне 14-17%.

Тонкопленочная технология, в отличие от углерод – кремниевых материалов, имеет ряд преимуществ.

Аморфные кремниевые технологии С-Si имеют самый низкий средний коэффициент эффективности, но они наиболее дешевые.

Наибольший потенциал в повышении эффективности имеют медь-индий-галлий-сульфидные (CIGS) и кадмий — теллур (Cd-Te). Многие изготовители продвигают вперед разработку этой технологии и представляют один из наиболее высоких показателей эффективности своих моделей, увеличив его на 19%. Они достигли этого значения, используя несколько методов, в том числе – применение отражающих покрытий, которые могут захватить больше света от угла.

Если обосновывать зависимость не от материала, а от габаритных размеров, то, чем выше эффективность, тем меньше необходимая площадь рабочей поверхности батарей.

Хотя средний процент может показаться немного низким, можно легко изменить оснащение, именно при установке, с достаточной мощностью, чтобы покрыть потребности в энергии.

Факторы, влияющие на кпд солнечных массивов, включают в себя:

Ориентация поверхности монтажа
Крыша в идеале должна смотреть на юг, но и качество дизайна зачастую может компенсировать другие направления.

Угол наклона
Высота и наклон поверхности может повлиять на количество часов солнечного света, полученных в среднем за день в течение года. Крупные коммерческие системы имеют системы солнечного слежения, которая автоматически изменяет угол падения луча солнца в течение дня. Обычно не используется для жилых установок.

Температура
Большинство панелей при эксплуатации нагреваются. Таким образом, обычно должны быть установлены несколько выше уровня крыши, для обеспечения достаточного потока охлаждаемого воздуха.

Тень
В принципе, тень — враг солнечной энергии.При выборе неудачного дизайна при монтировании, даже небольшое количество тени на одной панели может закрыть производство энергии на всех других элементах. Перед тем, как разработать систему, проводится детальный анализ затенения поверхности крепления, для выявления возможных форм тени и солнечного света в течение года. Затем проводится другой детальный анализ, проверяющий сделанные выводы.

Обычные солнечные батареи с высоким кпд гелиосистем промышленных масштабов устанавливаются на сваи над поверхностью земли на 80см, расположены по направления с востока на запад, вдоль движения солнца, под углом 25 градусов.

При постоянно растущих ценах на электроэнергию поневоле начнешь задумываться об использовании природных источников для электроснабжения. Одна из таких возможностей — солнечные батареи для дома или дачи. При желании они могут обеспечить полностью все потребности даже большого дома.

Устройство системы электропитания от солнечных батарей

Преобразовывать энергию солнца в электричество – эта идея длительное время не давала спать ученым. С открытием свойств полупроводников это стало возможным. В солнечных батареях используются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнечного света в них образуется направленное движение электронов, которое называется электрическим током. При соединении достаточного количества таких кристаллов получаем вполне приличные по величине токи: одна панель площадью чуть больше метра (1,3-1,4 м2 при достаточном уровне освещенности может выдать до 270 Вт (напряжение 24 В).

Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подключать устройства к солнечным батареям не получается. Нужна целая система. Кроме солнечных панелей требуется:

• Аккумулятор. На протяжении светового дня под воздействием солнечных лучей солнечные батареи вырабатывают электрический ток для дома, дачи. Он не всегда используется в полном объеме, его излишки накапливаются в аккумуляторе. Накопленная энергия расходуется ненастную погоду.
• Контролер. Не обязательная часть, но желательная (при достаточном количестве средств). Отслеживает уровень заряда аккумулятора, не допуская его чрезмерного разряда или превышения уровня максимального заряда. Оба этих состояния губительны для аккумулятора, так что наличие контролера продлевает срок эксплуатации аккумулятора. Также контролер обеспечивает оптимальный режим работы солнечных панелей.
• Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). Не все устройства рассчитаны на постоянный ток. Многие работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь дает возможность получить напряжение 220-230 В.

Солнечные батареи для дома — только часть системы

Установив солнечные батареи для дома или дачи, можно стать совершенно независимым от официального поставщика. Но для этого надо иметь большое количество батарей, некоторое количество аккумуляторов. Комплект, который вырабатывает 1,5 кВт а сутки стоит около 1000$. Этого достаточно для обеспечения потребностей дачи или части электрооборудования в доме. Комплект солнечных батарей для производства 4 кВт в сутки стоит порядка 2200$, на 9 кВт в сутки — 6200$. Так как солнечные батареи для дома — модульная система, можно купить установку, которая будет обеспечивать часть потребностей, постепенно увеличивая ее производительность.

Виды солнечных батарей

С ростом цен на энергоносители идея использования энергии солнца для получения электроэнергии становится все более популярной. Тем более, что с развитием технологий солнечные преобразователи становятся эффективнее и, одновременно, дешевле. Так что, при желании, можно свои нужды обеспечить установив солнечные батареи. Но они бывают разных типов. Давайте разбираться.

Сама солнечная батарея — некоторое количество фотоэлементов, которые расположены в общем корпусе, защищенные прозрачной лицевой панелью. Для бытового использования фотоэлементы производят на основе кремния, так как он относительно недорог, и элементы на его основе имеют неплохой КПД (порядка 20-24%). На основе кремниевых кристаллов изготавливают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (гибкие) фотоэлементы. Некоторое количество этих фотоэлементов электрически соединены между собой (последовательно и/или параллельно) и выведены на клеммы, расположенные на корпусе.

Фотоэлементы установлены в закрытом корпусе. Корпус солнечной батареи делают из анодированного алюминия. Он легкий, не подвержен коррозии. Лицевую панель делают из прочного стекла, которое должно выдерживать снего-ветровые нагрузки. К тому же оно должно обладать определенными оптическими свойствами — иметь максимальную прозрачность, чтобы пропускать как можно больше лучей. Вообще, из-за отражения теряется значительное количество энергии, так что требования к качеству стекла высокие и еще оно покрывается антибликовым составом.

Виды фотоэлементов для солнечных батарей

Солнечные батареи для дома делают на основе кремневых элементов трех типов;

Если у вас скатная крыша и фасад развернут на юг или восток, слишком сильно думать о занимаемой площади не имеет смысла. Вполне могут устроить поликристаллические модули. При равном количестве производимой энергии они стоят немного дешевле.

Как правильно выбрать систему солнечных батарей для дома

Есть распространенные заблуждения, которые заставляют вас тратить лишние деньги на приобретение чересчур дорогого оборудования. Ниже приведем рекомендации того, как правильно выстроить систему электропитания от солнечных батарей и не потратить лишних денег.

Что надо купить

Далеко не все компоненты солнечной электростанции жизненно необходимы для работы. Без некоторых частей вполне можно обойтись. Они служат для повышения надежности, но без них система работоспособна. Первое, что стоит запомнить — приобретайте солнечные батареи в конце зимы, начале весны. Во-первых, погода в это время отличная, много солнечных дней, снег отражает солнце, увеличивая общую освещенность. Во-вторых, в это время традиционно объявляют скидки. Далее советы такие:

Если воспользоваться только этими советами, и подключить только технику, которая работает от постоянного напряжения, система солнечных батарей для дома обойдется в гораздо более скромную сумму чем самый дешевый комплект. Но это еще не все. Можно еще часть оборудования оставить «на потом» или вообще обойтись без него.

Без чего можно обойтись

Стоимость комплекта солнечных батарей на 1 кВт в сутки — более тысячи долларов. Немалые вложения. Поневоле задумаешься, а стоит ли оно того и каков же будет срок окупаемости. При нынешних тарифах ждать пока отобьются свои деньги придется не один год. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, но за счет незначительного снижения комфортности эксплуатации системы и за счет разумного подхода к подбору ее компонентов.

Итак, если бюджет ограничен, можно обойтись несколькими солнечными панелями и аккумуляторными батареями, емкость которых на 20-25% выше максимального заряда солнечных панелей. Для мониторинга состояния купите автомобильные часы, которые еще измеряют напряжение. Это избавит вас от необходимости несколько раз в день измерять заряд на АКБ. Вместо этого вам надо будет время от времени смотреть на показания часов. Для старта это все. В дальнейшем можно докупать солнечные батареи для дома, увеличивать количество АКБ. При желании, можно купить инвертор.

Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов

В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.

Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.

Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.

Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.

Технические характеристики: на что обратить внимание

В сертифицированных солнечных батареях всегда указывается рабочий ток и напряжение, а также напряжение холостого хода и ток КЗ. При этом стоит учесть, что все параметры обычно указываются для температуры +25°C. В солнечный день на крыше батарея разогревается до температур, значительно превышающих эту цифру. Это объясняет наличие большего рабочего напряжения.

Также обратите внимание на напряжение холостого хода. В нормальных батареях оно порядка 22 В. И все бы ничего, но если проводить работы на оборудовании не отключив солнечные батареи, напряжение холостого ходы выведет из строя инвертор или другую подключенную технику, не рассчитанную на подобный вольтаж. Потому при любых работах — переключении проводов, подключении/отключении аккумуляторов и т.д. и т.п — первое что вы должны сделать — отключить солнечные батареи (снять клеммы). Перебрав схему, их подключаете последними. Такой порядок действий сохранит вам много нервов (и денег).

Корпус и стекло

Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.

Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.

Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения

Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение жилы кабеля зависит от расстояния между модулем и АКБ:

• расстояние менее 10 метров:
  • 1,5 мм2 на одну солнечную батарею мощностью 100 Вт;
  • на две батареи — 2,5 мм2;
  • три батареи — 4,0 мм2;
• расстояние больше 10 метров:
  • для подключения одной панели берем 2,5 мм2;
  • двух — 4,0 мм2;
  • трех — 6,0 мм2.

Можно брать сечение больше, но не меньше (будут большие потери, а оно нам не надо). При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как сегодня заявленные размеры очень часто не соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение (как это делать, прочесть можно ).

При сборе системы можно плюсы солнечных батарей провести используя многожильный кабель подходящего сечения, а для минуса использовать один толстый. Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.

Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять со старых блоков питания персональных компьютеров. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, так что монтировать их надо на радиаторе (можно на едином).

Еще в системе необходим блок предохранителей. По одному на каждого потребителя. Всю нагрузку подключаем через этот блок. Во-первых, система так безопаснее. Во-вторых, при возникновении проблем, проще определить ее источник (по сгоревшему предохранителю).

Швейцарцы создали самые эффективные гибкие солнечные батареи

23 сен
2011

 

Новая технология производства тонкоплёночных фотоэлектрических преобразователей позволила почти закрыть разрыв в КПД между такими батареями и массивными жёсткими элементами на базе мультикристаллического кремния.

Умельцы из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии (EMPA) показали солнечные батареи на тонкой полимерной плёнке с КПД в 18,7% (на фото под заголовком) и на стальной фольге — в 17,7%. В обоих классах — это рекорды, независимо проверенные сторонним институтом.

В роли чувствительного материала выступил хорошо известный селенид меди-индия-галлия (CIGS), не раз применявшийся как в гибких солнечных батареях, так и в жёстких ячейках с подложкой из стекла.

Увы, в случае гибкой подложки эффективность такого состава обычно невысока. Связано это с особенностями процесса производства: полимер не выдерживает высокую температуру и потому ключевые ингредиенты батареи приходится испарять и осаждать на подложке при 450 °C вместо 600 с лишним (как в случае со стеклянной основой). Но в низкотемпературном режиме нужные соединения и их промежуточные фазы переносятся на подложку слишком неравномерно, разные элементы начинают с разной скоростью просачиваться вниз, а в результате — плохо взаимодействуют между собой.

Швейцарцы разработали модификацию процесса испарения и осаждения, при которой достигается очень точный контроль за поведением галлия и индия и распределением всех нужных элементов по слоям. В итоге получилась батарея, в которой хорошо шли производство и сбор зарядов и были малы их потери на рекомбинацию. Так тонкоплёночные ячейки почти догнали в производительности массовые кремниевые панели.

Для сравнения, работавшие над той же самой задачей японцы три года назад добились КПД тонкоплёночных CIGS-батарей в 17,7% с керамической подложкой, 17,4% — на титановой фольге и «всего» в 14,7% — на тонкой полимерной плёнке.

При массовом производстве солнечные батареи такого типа будут заметно дешевле традиционных кремниевых. Это связано не столько с материалами, сколько с низким их расходом на квадратный метр готовой панели, с низкой массой подложки и с тем, что тонкоплёночные солнечные элементы можно быстро производить по рулонной технологии.

Серийным выпуском ячеек нового типа займётся стартап Flisom — компания, специализирующаяся на гибких солнечных батареях, которая сотрудничает с EMPA и другими швейцарскими лабораториями и институтами.

По материалам: Журнал «Мембрана», 22 сентября 2011 года, Леонид Попов, http://www. membrana.ru/particle/16792?utm_source=feedburner&utm_medium=email&utm_campaign=Feed%3A+membrana_ru+%28Membrana.ru%29

Как угол расположения солнечной батареи влияет на ее эффективность?

Солнечные батареи являются эффективным источником энергии. Они экономически выгодны, поскольку солнечный свет является неисчерпаемым ресурсом. Для получения электроэнергии не приходится тратить топливо, как, например, в генераторах. Помимо снижения финансовых затрат, такой способ является экологически безвредным, поскольку продукты горения топлива не загрязняют окружающую среду. Отсутствие подвижных механических составляющих обеспечивает долговечность и надёжность. В среднем срок эксплуатации устройства составляет около 25 лет. При бережном отношении и грамотном обслуживании оно может прослужить до 50 лет. Однако для того чтобы солнечная батарея работала максимально эффективно, следует учитывать угол падения на нее солнечных лучей.

Что следует знать при установке солнечной батареи

Для достижения максимальной эффективности работы поверхность батареи должна быть обращена к солнцу под прямым углом. К сожалению, далеко не все солнечные батареи включают в свою конструкцию датчики, измеряющие угол падения солнечного света, и механические устройства, автоматически обеспечивающие оптимальное положение рабочей поверхности батареи относительно солнечных лучей в течение всего дня. Обычно батареи неподвижны, поскольку располагаются на крышах домов. При данном способе установки далеко не всегда удается вписать конструкцию батареи в план дома так, чтобы отдача от нее была максимальной, особенно если изначально ее наличие не предусматривалась. К тому же важную роль играют географические особенности положения постройки, поскольку солнечные лучи имеют свойство изменять угол падения в зависимости от времени года. Например, в районе экватора рабочую поверхность устройства следует устанавливать в горизонтальном положении.

Осенью и весной оптимальный угол наклона соответствует географической широте местности. Зимой следует увеличивать его на 10-15 градусов от оптимального осеннего положения. В летнее время, соответственно, настолько же уменьшать от оптимального положения для весны. Погрешность в 5% допустима, поскольку ее влияние на производительность батареи незначительно.

Ниже приведены показатели снижения КПД устройства в зависимости от угла падения солнечных лучей:

• 9? — 1.2%;
• 18? — 4.9%;
• 40? — 19.0%;
• 45? — 29.0%.

Некоторые практические рекомендации по установке солнечных батарей

Поскольку земная поверхность далеко не всегда является ровной, угол расположения солнечной батареи лучше всего отсчитывать не от нее, а от плоскости водяного зеркала.

Следует помнить, что при близком к оптимальному угле падения солнечных лучей поверхность батареи может сильно перегреваться, особенно в летнее время года, что грозит заметным снижением производительности, деформацией или даже поломкой. Поэтому между устройством и поверхностью, на которой оно установлено, всегда должно быть пространство для вентиляции.

Батарею следует установить так, чтобы на нее в течение дня не падала никакая тень. Помимо снижения производительности, частичное затемнение может привести к поломке из-за неравномерного распределения энергии по поверхности, появления так называемого тока «обратной связи».

Также рекомендуется располагать батарею на южной стороне.

Кроме того, эффективность устройства может быть повышена путем направления на него дополнительного солнечного света, отраженного от близлежащих строений и конструкций. Оптимальным здесь является использование зеркал, но при отсутствии возможности их установки имеет смысл окрасить находящиеся поблизости объекты в светлые тона, отражающие световые лучи.

Поскольку солнечная батарея может принимать световой поток с обеих сторон, отраженный свет можно направлять и на ее нижнюю часть. Поэтому нерационально закреплять устройство, например, на черном рубероиде, покрывающем крышу: он будет активно поглощать свет и параллельно этому нагреваться, повышая температуру батареи.

Также эффективность поглощения солнечных лучей напрямую зависит от чистоты рабочей поверхности, поэтому следует устанавливать устройство так, чтобы к нему имелся свободный доступ для устранения пыли и снега.

Какие солнечные панели самые эффективные?

Если вы ищете лучшие солнечные панели, эффективность может быть хорошим показателем для рассмотрения. В этом блоге мы объясним, что именно означает эффективность солнечных панелей, а также поделимся брендами десяти самых эффективных солнечных панелей.

Что означает эффективность солнечной панели?

Эффективность солнечной панели — это процент солнечной энергии, которую панель преобразует в электричество.

Например, предположим, что солнце излучает мощность, эквивалентную 1 киловатту (кВт) или 1000 ваттам на вашей солнечной панели.Ваша солнечная панель преобразует эту энергию в 200 Вт электроэнергии, которую вы можете использовать для питания своего дома или бизнеса. Эта панель будет иметь КПД 20%.

Большинство современных солнечных панелей имеют эффективность от 17% до 19%. Наименее эффективные панели будут иметь КПД около 15%, а самые высокие — чуть меньше 23%.

Чем эффективнее ваши солнечные батареи, тем больше электроэнергии будет производить ваша система. В некоторых случаях установка панелей с более высокой эффективностью означает, что вы можете установить меньше панелей и по-прежнему удовлетворять свои потребности в электроэнергии.Это может быть полезно при проблемах с пространством. Однако часто бывает так, что чем эффективнее солнечная панель, тем она дороже. Как правило, большее количество менее эффективных панелей будет дешевле, чем меньшее количество высокоэффективных панелей, даже если общий размер системы одинаков.

Почему солнечные панели не эффективны на 100%?

Самая эффективная солнечная панель имеет КПД 22,8%. Это число может показаться неутешительным. Но солнце испускает такое огромное количество энергии, что даже небольшая ее часть может генерировать достаточно электроэнергии для питания многих домов, предприятий и ферм.

Эффективность солнечной панели ограничена типом энергии, которую производит солнце. Эта энергия попадает в широкий спектр. Точно так же, как только небольшая часть этой энергии видна людям, современные технологии позволяют преобразовывать только часть ее в электричество с помощью солнечных батарей. Исследовательские и опытно-конструкторские группы производителей солнечных панелей постоянно работают над тем, чтобы использовать больший процент энергии в этом спектре, что приводит к повышению эффективности их панелей.

Если солнечные панели продолжат становиться все более эффективными, вы можете задаться вопросом, не лучше ли вам подождать, пока технология немного продвинется вперед. Но большинству людей от этого не станет лучше, поскольку небольшой прирост эффективности панелей не компенсирует месяцы или годы бесплатной энергии, которую вы упускаете.

Десять самых эффективных солнечных панелей

Вот бренды, которые предлагают десять самых эффективных солнечных панелей.

Производитель	Модель/серия солнечной панели	Эффективность
СанПауэр	Серия Х	22.8%
Солнечная батарея LG	LG неон R	21,7%
РЕК	Серия Альфа	21,7%
Джинко Солар	Тигр Про	21,4%
Канадская солнечная батарея	Серия 7	21,4%
Трина Солар	Вершина	21,1%
Солнечная батарея LONGi	Привет-МО4м	20,7%
Панасоник	340Н ХИТ	20. 3%
Ячейки Q	Q.ПИК ДУО	20,2%
Солярия	PowerXT	20,2%

Хотя эффективность, безусловно, может быть ценным показателем при выборе солнечных панелей для вашей системы, она не должна быть единственным параметром, на который следует обращать внимание. Процент высокой эффективности — не единственный показатель качественной панели.

Вам следует обратить внимание на срок действия гарантийных обязательств, предоставляемых производителем.Вы также должны принять во внимание, какой размер (60 ячеек или 72 ячейки) и какой тип (монокристаллическая или поликристаллическая) солнечной панели лучше всего соответствует вашему бюджету на установку, доступному пространству и эстетическому стилю.

Помимо установки высокоэффективных панелей LG Solar и Q-Cell, мы с гордостью устанавливаем панели Axitec с рейтингом эффективности 17,9%.

Несмотря на то, что этот бренд недостаточно высок, чтобы попасть в первую десятку, он производит высококачественные панели различных размеров и типов с гарантией. В зависимости от специфики вашей системы вам может быть лучше установить панели этого бренда, даже если это означает несколько дополнительных панелей.

Какие факторы влияют на эффективность панели?

Рейтинг эффективности солнечной панели, который вы увидите в рекламе на веб-сайте производителя или в спецификациях солнечной панели, не всегда будет соответствовать реальному уровню эффективности ваших панелей после их установки.

Заявленное производителем число — это эффективность панели в стандартных условиях испытаний.Это контролируемые лабораторией условия, которые остаются постоянными во всей отрасли, чтобы учесть любые возможные переменные. Оценки и измерения, полученные в стандартных условиях тестирования, упрощают сравнение продуктов, но эти условия не всегда воспроизводятся в реальном мире.

Вот несколько факторов, которые могут привести к тому, что ваши солнечные батареи будут производить меньше электроэнергии, чем указано в спецификации.

Освещенность

Излучение — это количество энергии, получаемой областью от солнца.Чем больше это число, тем больше электроэнергии будут производить ваши солнечные панели. Изменения в освещении, достигающем вашей солнечной системы, могут происходить из-за наклона панелей, сезонных колебаний положения солнца на небе и погодных условий.

Оптимальный наклон зависит от того, где вы находитесь. Если вы устанавливаете систему на более высокой широте, вам будет лучше установить вашу солнечную систему с большим наклоном. Если вы находитесь ближе к экватору, у вас будет более эффективная система, чем она более плоская.Согласно грубому эмпирическому правилу, градус наклона вашей Солнечной системы должен примерно совпадать с вашей широтой.

Солнечные лучи падают на Землю по-разному в зависимости от смены времен года. Северное полушарие получает больше всего прямых солнечных лучей летом и меньше всего зимой из-за наклона Земли вокруг своей оси. Чем более прямой солнечный свет, тем больше электроэнергии будет производить ваша солнечная система. В летние месяцы ваша производительность будет выше, чем зимой, когда солнце находится ниже в небе, а дни короче.

Погода также может влиять на излучение. Облака, будь они белыми и пушистыми или темными и грозовыми, могут препятствовать попаданию солнечного света на ваши солнечные батареи. Это повлияет на то, сколько электроэнергии будут генерировать ваши солнечные панели.

Температура

Возможно, вы думаете, что лето — это время года, когда ваши панели наиболее эффективны. Однако, когда на улице прохладнее, ваша солнечная система производит больше напряжения и больше электроэнергии. По мере повышения температуры ваши панели будут генерировать меньше напряжения и станут менее эффективными.На каждый градус ниже стандартных условий тестирования ваша панель становится примерно на ½ процента более эффективной.

Пыль, грязь и затенение

Все, что блокирует солнечный свет, будет препятствовать производству ваших солнечных батарей. Толстое скопление пыли и грязи, особенно если вы живете в пыльном районе, подверженном засухе, может привести к блокировке, достаточной для негативного влияния на производительность вашей солнечной системы. В зависимости от того, насколько толстый этот слой грязи и как часто в вашем районе идут дожди, вам может быть лучше почистить панели.

Помимо пыли и грязи, тень от близлежащих деревьев, зданий, вытяжных вентиляторов или даже гор или холмов может снизить производительность вашей солнечной системы, блокируя попадание солнечного света на ваши панели.

Лучшие солнечные панели на рынке

Чем эффективнее солнечная панель, тем больше электроэнергии может производить ваша система. Это привлекательная перспектива при выборе солнечных панелей для установки. Вы хотите оптимизировать энергию, которую вы производите, используя пространство, которое у вас есть.

Однако эффективные солнечные панели также дороже, и эффективность не должна быть единственным фактором, который следует учитывать при выборе панели. Размер мощности является очень важным фактором при попытке оптимизировать производство панелей. Кроме того, вам также необходимо учитывать цену, качество, гарантию и тип панели.

Ваш установщик солнечных батарей сможет помочь вам определить, какая марка и тип солнечной панели лучше всего подходят для достижения ваших производственных и финансовых целей.

Два новых солнечных элемента бьют рекорды, включая самую высокую эффективность

Солнечные элементы постоянно совершенствуются на пути к максимальной эффективности. Теперь три рекорда были побиты двумя разными устройствами, в том числе одно, которое приближает самую высокую общую эффективность преобразования солнечной энергии к 50-процентной отметке.

Высшую награду получили исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), которые разработали новый солнечный элемент с КПД 47.1 процент. Это делает его самым эффективным солнечным элементом в мире — по крайней мере, на данный момент. Эти рекорды имеют тенденцию быть побитыми довольно регулярно.

Это устройство известно как шестипереходный солнечный элемент III-V, что означает, что он состоит из шести различных типов фотоактивного слоя. Каждый из них состоит из различных материалов III-V, названных в честь их положения в периодической таблице, которые собирают энергию из разных частей светового спектра. Всего около 140 слоев, упакованных в солнечный элемент, который тоньше человеческого волоса.

Стоит также отметить, что рекорд был побит при сфокусированном свете, который примерно в 143 раза сильнее естественного солнечного света. В то время как эффективность этой конструкции, очевидно, упадет в реальных условиях, команда говорит, что устройство может быть построено с зеркалом, чтобы фокусировать солнечный свет на ячейку.

Команда также протестировала вариант этой ячейки при освещении, эквивалентном одному Солнцу, и все же достигла рекордной эффективности в 39,2 процента.

Джон Гейс (слева) и Райан Франс, исследователи исследования NREL, побившего рекорд эффективности солнечных элементов

Деннис Шредер, NREL

В отдельном исследовании исследователи из Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) побили другой рекорд эффективности, на этот раз для нового типа тандемного солнечного элемента.

Тандемные солнечные элементы имеют два различных типа фотоактивных слоев. В этом случае один слой был сделан из перовскита, а другой представлял собой комбинацию меди, индия, галлия и селена, которую команда называет CIGS.

Сначала наносится слой CIGS толщиной от 3 до 4 микрометров, затем сверху наносится слой перовскита толщиной всего 0,5 микрометра. Они хорошо работают вместе, потому что перовскит собирает видимый свет, а CIGS — инфракрасный.Чтобы улучшить контакт между двумя слоями, команда добавила между ними слой атомов рубидия.

С помощью этого метода команда достигла максимальной эффективности в 24,16%. Это не так много, как у тандемных ячеек кремний-перовскит, но, учитывая, что это первая тандемная ячейка перовскит-CIGS, это отличное начало. Толщина или, скорее, тонкость технологии означает, что можно производить гибкие солнечные модули, которые, будучи чрезвычайно легкими и устойчивыми к облучению, хорошо подходят для применения в космосе.

Статья о ячейке с шестью переходами была опубликована в журнале Nature Energy , а ячейка перовскита-CIGS обсуждалась в Джоулях .

Источники: NREL, HZB

Какая солнечная батарея сегодня самая эффективная?

Несмотря на то, что солнце светит лишь иногда, солнечная энергия зарекомендовала себя как жизнеспособная альтернатива прекрасному-красивому углю и другим видам ископаемого топлива. Общая мощность солнечных батарей P hoto V oltaic ( PV ) в США достигла 64.2 гигаватт в 2018 году, что достаточно для питания 12,3 миллиона американских домов (90 225 или большей части Юго-Восточной Азии 90 226). Частично взрывной рост произошел благодаря налоговой льготе на инвестиции в солнечную энергию, принятой еще в 2006 году. Достижения в технологии солнечных элементов, в частности, за счет повышения их эффективности для преобразования света в электричество, также сыграли ключевую роль в обеспечении солнечной промышленности США, в которой занято более 242 000 человек. Это заставило нас задуматься: какая солнечная батарея сегодня самая эффективная?

Краткая история солнечной батареи

Фотоэлектрический эффект был открыт 19-летним Эдмундом Беккерелем, когда он возился в парижской лаборатории своего отца в 1839 году. Он построил тип батареи, используя два покрытых серебром платиновых электрода, погруженных в разбавленную кислоту. В то время как один был затенен, другой подвергался воздействию солнечного света. Беккерель заметил, что «два электрода изменили свою электрическую мощность». Прошло несколько десятилетий, прежде чем дополнительные эксперименты показали, что освещение может производить электроэнергию в некоторых материалах, таких как селен. В 1883 году житель Нью-Йорка по имени Чарльз Фриттс изобрел первую панель солнечных батарей, покрыв «селен чрезвычайно тонким слоем золота, так что он был прозрачен для света.Он достиг колоссальной эффективности от 1% до 2%, несмотря на то, что понятия не имел, что делает.

Только после появления Альберта Эйнштейна эффект PV стал лучше понят. Американский инженер Рассел Ол запатентовал первый солнечный элемент, сделанный из кремния, в 1941 году, хотя нам пришлось ждать до середины 1950-х годов, прежде чем эффективность солнечных элементов начала превышать 2%.

Самая эффективная солнечная батарея на сегодняшний день

КПД солнечных элементов просто относится к количеству произведенной электроэнергии в ваттах, деленному на количество поглощаемой солнечной энергии.Такие компании, как SunPower (SPWR), LG Solar (066570:KS), First Solar (FSLR) и Panasonic (6752:JP), входят в число производителей, производящих сегодня наиболее эффективные коммерчески доступные солнечные панели. Лучшие из лучших могут достигать эффективности где-то между 20% и 23%, при этом общее мнение аналитиков заключается в том, что SunPower производит самые эффективные коммерчески доступные солнечные панели на сегодняшний день. Мы уже рассказывали об этой компании, поскольку она фигурирует в портфолио Guggenheim Solar ETF (TAN) и использует искусственный интеллект для создания лучших фотоэлементов.

Возможно, вы заметили нашу повторяющуюся оговорку «доступно в продаже». Это потому, что сегодня есть более эффективные солнечные элементы, но они недоступны в продаже. Пока что.

Пару лет назад ученые разработали прототип солнечного элемента, в котором несколько элементов объединены в одно устройство, которое улавливает почти всю энергию солнечного спектра, что обеспечивает эффективность 44,5%. По сути, устройство использовало линзы для концентрации солнечного света на крошечных микроразмерных солнечных элементах, действуя как «сито для солнечного света», со специальными материалами в каждом слое, поглощающими энергию определенного набора длин волн.«Это довольно круто, но в настоящее время довольно дорого масштабировать.

Alta Devices предлагает использовать свои высокоэффективные солнечные элементы для специализированных приложений. Фото: Alta Devices

Компания из Силиконовой долины под названием Alta Devices, которая была приобретена в 2013 году китайской холдинговой компанией, специализирующейся на альтернативной энергетике, произвела солнечный элемент с рекордным КПД 29,1%. Его солнечный элемент использует материал, называемый арсенид галлия. Галлий — мягкий серебристый металл, используемый в различной электронике.Согласно Alta Devices, арсенид галлия обладает несколькими уникальными характеристиками, которые делают его идеальным для технологии солнечных батарей, включая высокую эффективность, отличную стойкость к ультрафиолетовому излучению и радиации, гибкость и малый вес. Однако эта технология предназначена для специализированных приложений, таких как небольшие спутники, автономные беспилотные летательные аппараты, электромобили и автономные датчики. Солнечная батарея Alta Devices в настоящее время проходит испытания на борту Международной космической станции для возможного использования в будущих миссиях НАСА на низкой околоземной орбите, включая питание CubeSats.

Фотоэлектрическая технология с более быстрыми коммерческими перспективами для повышения эффективности солнечных элементов за пределами кремния основана на материале, называемом перовскитом.

Что такое перовскитовый солнечный элемент?

Перовскит относится к любому кристаллическому материалу с очень специфической структурой, получив свое название от минерала в Уральских горах, названного в честь русского ученого Л. А. Перовского. Сырье и процессы изготовления относительно дешевы, а кристаллическая структура хорошо подходит для поглощения максимально возможного света с помощью всего лишь тонкой пленки.

Кристаллическая структура перовскита хорошо подходит для улавливания света. Фото: Swift Solar

Другими словами, солнечные элементы на основе перовскита дешевы, высокоэффективны, тонки, легки и гибки — потенциально выигрышная комбинация для следующего поколения солнечных элементов. И технологии быстро развивались. После того, как японские ученые разработали первый солнечный элемент на основе перовскита в 2009 году, исследователи создали первые стабильные тонкопленочные солнечные элементы на основе перовскита к 2012 году с эффективностью более 10%.

Самая эффективная перовскитная солнечная батарея на сегодняшний день

Шесть лет спустя компания из Оксфорда, Великобритания, достаточно изобретательно названная Oxford PV, установила мировой рекорд эффективности 28% для своего тандемного солнечного элемента из перовскита и кремния. Компания Oxford PV, основанная в 2010 году, привлекла около долларов США в размере 99 миллионов долларов , в том числе 41 миллион долларов США серии D в прошлом месяце под руководством китайского производителя ветряных турбин Goldwind (, без сомнения, дочерняя компания Goldfinger ). Всего несколько дней спустя швейцарская солнечная компания Meyer Burger получила 18 баллов.8% акций Oxford PV в обмен на установку производственной линии на заводе компании в Германии, что делает ее крупнейшим акционером стартапа, сообщает Greentech Media. Очевидно, что существует большое доверие к технологии Oxford PV, которая включает в себя покрытие традиционной кремниевой ячейки тонким слоем прозрачного перовскита, что позволяет ей улавливать большую часть спектра видимого света. Некоторые большие умы считают, что Oxford PV может в конечном итоге преодолеть потолок эффективности в 30%.

Другие стартапы, разрабатывающие солнечные батареи на основе перовскита

Несмотря на то, что Oxford PV, похоже, знает, как коммерциализировать солнечный элемент на основе перовскита, это не единственный стартап, пытающийся выйти на рынок. Вот еще пара компаний, пытающихся вырабатывать больше электроэнергии от солнца с помощью новой технологии.

Основанная в 2017 году компания Swift Solar из Голдена, штат Колорадо, в декабре прошлого года приобрела на сумму 4,6 млн долларов, согласно заявлению SEC. Хотя информации о компании или ее текущей деятельности не так много, соучредитель Swift Solar Сэм Странкс сказал в презентации TED еще в 2016 году, что можно создавать перовскитовые ячейки, которые будут красочными, полупрозрачными или непрозрачными, что означает солнечные панели. может стать неотъемлемой частью дизайна здания.Некоторые из солнечных элементов на основе перовскита, разработанных в академические дни основателей, настолько легкие, что их можно подвесить на мыльном пузыре.

Выберите свой цвет. Перовскитные солнечные элементы можно использовать как часть эстетики здания. Предоставлено: Swift Solar

Будем надеяться, что пузырь не лопнет, как это произошло с австралийской компанией Greatcell Solar, которая пыталась коммерциализировать солнечный элемент на основе перовскита до того, как недавно вступила в австралийскую версию процедуры банкротства.

Основанный в 2014 году польский стартап Saule Technologies привлек нераскрытую сумму финансирования на основе исследований одного из его соучредителей, который создал новый метод низкотемпературной обработки перовскитных солнечных элементов. В частности, панели из перовскита производятся с использованием струйного принтера.

Технология позволяет компании производить гибкие индивидуальные солнечные панели. Skanska — пятая по величине строительная компания в мире — имеет эксклюзивные права на использование решений Saule Technologies в области солнечных батарей в проектах строительства и развития и недавно внедрила их в одном из своих офисных проектов в Варшаве.По словам Skanska, «в конце 2019 года планируется запустить первый опытно-промышленный комплекс, который позволит производить большие перовскитные фотоэлектрические модули в промышленных масштабах». Сауле также развернула свою технологию в «первом в мире отеле для роботов» в Японии, где в начале этого года была уволена половина персонала роботов.

Нанотехнологии для создания эффективных солнечных элементов

Мы все занимаемся нанотехнологиями здесь, в Nanalyze, поэтому нам пришлось проверить один последний стартап, который говорит, что может достичь 90% эффективности с помощью своей технологии солнечных панелей, которая опирается на углеродные нанотрубки, тема, о которой мы много писали несколько лет назад. .В этом случае углеродные нанотрубки действуют как антенна, но собирают свет, а не радиоволны, преобразуя его в электричество. Эта технология основана на изобретении 1960-х годов — выпрямляющей антенне, которая используется в радиочастотных идентификационных метках, сообщает PV Magazine. Углеродные нанотрубки позволяют NovaSolix захватывать гораздо более широкую часть электромагнитного спектра. Компания утверждает, что эффективность 45% находится в пределах досягаемости, а будущие итерации теоретически могут удвоить это значение.

Заключение

Несмотря на тарифы и другие проблемы, которые несколько притупили рынок за последние пару лет, солнечная энергетика пережила невероятный рост со здоровой сценой стартапов. Последние исследования и разработки по повышению эффективности солнечных элементов могут стать катализатором для возобновления этого динамичного роста, особенно с новыми технологиями, такими как материалы на основе перовскита, которые обещают более низкие производственные затраты. Oxford PV, по-видимому, является лидером, который достигнет коммерческого масштаба в ближайшие год или два, поэтому нам не придется долго ждать, чтобы увидеть рассвет нового дня для солнечной энергии.

Инвестирование в технологии чрезвычайно рискованно. Минимизируйте свой риск с помощью Отчета о портфеле прорывных технологий Nanalyze , чтобы узнать, каких технологических акций вам следует избегать.Станьте участником Nanalyze Premium и узнайте сегодня!

LG Solar: БЛОГ — Инновационная высокоэффективная солнечная панель

Эффективность относится к количеству энергии, которую солнечная технология может произвести из определенного количества солнечного света, и ее стоит учитывать перед покупкой. Понимание технологии, знание терминологии и изучение того, какие вопросы задавать установщикам, облегчит вам выбор панели, которая будет генерировать больше энергии в течение большего времени.

Эффективность солнечных панелей повышается

Примерно в 2012 году самая эффективная панель на рынке могла улавливать 17,8% доступной энергии. Сегодня стандартная панель имеет КПД около 18,6%, а LG NeON® R предлагает КПД более 20%. Высокоэффективная панель может генерировать почти на 20 процентов больше энергии, чем обычная панель. Через десятилетия более эффективные солнечные панели будут производить значительно больше энергии, чем стандартные панели того же размера.Это помогает снизить потребность вашей семьи в энергии, получаемой от сжигания ископаемого топлива, и создает больше энергии, которую вы потенциально можете продать своему местному поставщику коммунальных услуг. LG может предоставить высококачественные и высокоэффективные солнечные панели благодаря нашим обширным исследованиям наиболее эффективных технологий.

Высокоэффективные панели LG производят больше электроэнергии, чем стандартные панели того же размера.

Эффективные солнечные панели помогут вам максимально использовать потенциал вашей крыши

Во многих доступных случаях незатененное пространство на крыше является ограничивающим фактором для размера системы, которую вы можете установить.В этом случае эффективность имеет решающее значение для определения общего объема продукции, которую может генерировать система. Эффективные панели производят больше энергии в меньшем пространстве. Например, панель LG NeON® 2 мощностью 330 Вт имеет тот же размер, что и стандартная панель мощностью 270 Вт, что на 22% больше электроэнергии, вырабатываемой на квадратный фут.

Высокоэффективные панели LG помогают максимально эффективно использовать пространство на крыше.

Эффективность означает больше часов пиковой производительности каждый день

Хотя высокоэффективные панели производят больше, чем их стандартные аналоги, когда солнце находится высоко в небе, они также обеспечивают гораздо больше. Они предлагают более длительный пиковый период, чем их аналоги, и производят больше энергии, когда солнце не находится на пике своей активности.

Высокоэффективные панели также будут производить больше энергии в неоптимальных погодных условиях, таких как дождь, снег или облачность. Они способны генерировать больше энергии, больше времени.

Вопросы, которые следует задать установщику

• Какие панели вы рекомендуете для моего проекта и почему?
• Ваши рекомендации основаны на долгосрочной выгоде или краткосрочной экономии средств?
• Вы учли уникальные условия, которые могут повлиять на мою крышу (снег, тень, жара)? Если да, то как это повлияло на продукт, который вы рекомендуете?
• Вы максимально используете доступное мне пространство на крыше?
• Являются ли высокоэффективные панели дорогостоящими панелями?

самых эффективных солнечных панелей в 2016 году

---

 

Какие солнечные панели самые эффективные?

Как мы объяснили в разделе выше, вы не должны просто выбирать самую мощную солнечную панель. Однако, чтобы дать вам представление о самых эффективных солнечных панелях, предлагаемых ведущими брендами, мы составили таблицу ниже:

Торговая марка	Название продукта	Эффективность модуля	Тип панели	Максимальная мощность (Pmax)
Suntech	STP320S — 24/Vem	16,7%	Монокристаллический кремний	325 Вт
Трина	TSM-280 DC05A.08	17,7%	Монокристаллический кремний	290 Вт
Canadian Solar	CS6K-275M	16,80%	Монокристаллический	275 Вт
Yingli	YL280C-30b	17,2%	Монокристаллический кремний	280 Вт
Jinko	JKM215M-72	16,84%	Монокристаллический	215 Вт
Я	ЯМ6(Л)-60-295/ПР	18. 04%	Монокристаллический	295 Вт
Sharp	NU-RD285	17,3%	Монокристаллический кремний	285 Вт
Renesola	JC260M-24/Bb	16,0%	Поликристаллический	260 Вт
Первый	FS-4105-2 FS-4105A-2	16,2%	Тонкая пленка	105,0 Вт
Hanwha	HSL 60S-270W	16.2%	Поликристаллический	270 Вт
Sungen	SGM-200D	15,7%	Монокристаллический	200 Вт
Список продуктов REC	REC 280TP	17,0%	Поликристаллический	280 Вт
Gintech	GIN M6-60	17,2%	Монокристаллический	280 Вт
Мотек Солар	XS156-196	19.60%	Монокристаллический	4,68 Вт
Silevo	Triex-U310	18,5%	Монокристаллический кремний	310 Вт

В таблице ниже показана эффективность популярных, но менее эффективных солнечных панелей, которые при наличии подходящего места на крыше часто обеспечивают более высокую отдачу от инвестиций, чем самые эффективные солнечные панели на рынке:

Производитель	Название продукта	Эффективность модуля	Тип панели	Максимальная мощность (Pmax)
Suntech	STP255 — 20/Вем	15. 7%	Поликристаллический кремний	255 Вт
Trina Solar	TSM-205 DC/DA80.08	16,0%	Монокристаллический кремний	205 Вт
Canadian Solar	CS6X-315P-FG	16,14%	Поликристаллический	315 Вт
Yingli Solar	YL215C-24b	16,3%	Монокристаллический кремний	215 Вт
Yingli Solar	YL200P-23b	15.4%	Поликристаллический кремний	200 Вт
Jinko Solar	JKM265P-60	16,19%	Поликристаллический	265 Вт
Ja Solar	JAM6(L)-60-275/PR	6,82%	Монокристаллический	275 Вт
Sharp Solar	ND-R250A5	15,2%	Поликристаллический	250 Вт
Sunpower	KD325GX-LFB	15. 4%	Поликристаллический	325 Вт
Sungen	SGM-255D	15,6%	Монокристаллический	255 Вт
Silevo	Triex-R22	17,2%	Монокристаллический	220 Вт

---

 

Какие факторы влияют на эффективность?

Необходимо учитывать ряд факторов, которые могут повлиять на эффективность вашей системы солнечных батарей:

Направление и угол вашей крыши
Ваша крыша обычно должна быть обращена на юг, восток или запад и иметь угол от 10 до 60 градусов, чтобы работать с максимальной эффективностью.

Затенение
Чем меньше затенения, тем лучше. Ваши солнечные панели будут иметь более низкую эффективность, если они будут находиться в тени в течение значительного времени в течение дня.

Температура
Солнечные панели должны быть установлены на несколько дюймов выше крыши, чтобы обеспечить достаточный приток воздуха для их охлаждения. Но это менее важно в климате США, поэтому работает в нашу пользу.

Время года
Солнечные панели хорошо работают круглый год, но они производят больше энергии в летние месяцы, когда солнце светит дольше.

Размер системы

Типичные бытовые солнечные панели мощностью от 2 до 4 кВт. Чем больше система, тем больше энергии вы сможете производить.

---

 

Типы панелей и их эффективность

Два основных типа панелей — это монокристаллический и поликристаллический кремний. Производство монокристаллов дороже, но эффективность выше, обычно 13-17%. Таким образом, теоретически вы можете получить больше энергии на единицу площади поверхности. Это может быть соображением, когда пространство на крыше ограничено, и может означать покупку меньшего количества панелей для удовлетворения ваших потребностей.

Поликристаллические блоки дешевле в производстве, но имеют более низкий КПД, обычно 11-15%. Третья система сочетает в себе один из этих двух типов панелей с тонкопленочной фотоэлектрической системой, опять же, более дорогой, но способный обеспечить эффективность более 17%.

самых эффективных солнечных панелей на рынке 2022 [фотоэлементы]

Если вы планируете использовать солнечную энергию, вы, возможно, заметили, что существуют разные типы солнечных панелей, разная выходная мощность, которую они могут производить, а также разные уровни эффективности.При рассмотрении необходимой вам системы и типа солнечных панелей ключевым моментом является эффективность. Эффективные солнечные панели могут стоить дороже, но и производить больше электроэнергии. Итак, давайте погрузимся и посмотрим, какой тип солнечной панели является наиболее эффективным.

Что такое эффективность солнечной панели?

Эффективность солнечной панели означает процент энергии солнечного света, которую панель может преобразовать в электричество. Солнечная система работает, чтобы преобразовать фотоны (свет) в электричество, и все они вместе могут произвести много.Но насколько многое зависит от того, насколько эффективна солнечная система.

КПД 20% означает, что вы будете получать около 200 Вт энергии на каждые 1000 Вт, которые попадают на вашу солнечную панель. Это также означает, что вы получите 400 Вт из каждых 2000 Вт, падающих на панель. Лучшие солнечные панели, доступные сегодня на рынке, имеют КПД около 22%.

Когда вы проектируете систему солнечных панелей, помните, что эта эффективность уже включена в спецификации ваших моделей солнечных панелей.Это означает, что солнечная батарея мощностью 10 кВтч с КПД 15% и 20% будет производить 10 кВтч энергии, на которую они сертифицированы. Загвоздка в том, что менее эффективная солнечная батарея займет больше места на вашей крыше.

Кроме того, более эффективные солнечные панели будут стоить больше денег. Если вы хотите установить солнечные панели, а пространство не является проблемой, то использование чуть менее эффективной системы сэкономит вам много денег и заставит ваши инвестиции в солнечную энергию окупиться быстрее. В то же время, если вам не хватает места, а деньги не проблема, лучше всего использовать самую эффективную солнечную панель.

В то время как некоторым людям может нравиться меньшее количество солнечных панелей в самой солнечной части их крыши, другим может нравиться солнечная энергия, поступающая от множества панелей. Если вы крупный владелец недвижимости в Техасе, вы можете выбрать менее эффективные панели, но если у вас небольшой дом в Коннектикуте, вы можете сэкономить место и быть готовым вложить немного больше.

Как рассчитать эффективность солнечной панели?

Чтобы рассчитать эффективность солнечных панелей, посмотрите на их характеристики.Каждая солнечная панель будет иметь страницу с подробными характеристиками или этикетку, где вы можете найти рейтинг эффективности солнечной панели. В целом, солнечные панели могут иметь эффективность от 9 до 23%, в зависимости от типа панели и материалов, из которых они сделаны.

Монокристаллические панели в целом являются наиболее эффективными солнечными панелями. КПД монокристаллической панели может варьироваться от 15 до 23%. Это панели из монокристаллических солнечных элементов. Монокристалл предлагает электронам больше пространства для движения и снижает сопротивление.Солнечная эффективность этих панелей в настоящее время является лучшей среди коммерческих солнечных панелей. Срок их службы около 25-30 лет. Они идеально подходят для ограниченного пространства на крыше, так как вам нужно меньше панелей.

Поликристаллические солнечные панели менее эффективны. Они состоят из множества маленьких кристаллов силикона, которые расплавляются для изготовления вафель. Они достигают эффективности около 12-18% и имеют срок службы 23-27 лет. Преимуществом поликристаллических панелей по сравнению с панелями из монокристаллического кремния является цена: они намного дешевле в производстве.

Наконец, есть тонкопленочные солнечные панели, эффективность которых достигает 9-14%. Продолжительность их жизни составляет около 20 лет. Это очень тонкий слой силикона, который наносится на пластик, чтобы он был гибким. Их можно использовать на неровных поверхностях и даже оборачивать вокруг шестов и лодок, принимая на себя часть выработки энергии от генераторов.

В качестве альтернативы, возможно, вы хотели бы вручную рассчитать эффективность вашей солнечной батареи. Для этого вам необходимо: 

1. Узнайте о солнечном излучении в вашем районе (иначе: поток падающего излучения), 
2. Умножьте это число на площадь вашей солнечной панели (в квадратных метрах), 
3. Разделите максимальную мощность вашей солнечной панели или элемента на это число и
4. Умножьте результат на 100%.

Полученное число показывает, сколько энергии в % могут производить ваши кремниевые солнечные элементы. Большее число указывает на то, что вы можете установить меньше панелей, а меньшее число означает, что больше панелей для получения того же количества полезной электроэнергии.

Эффективность солнечных панелей в 2021 году

КПД

солнечных панелей в 2021 году приближается к 20%. Большинство солнечных панелей достигают эффективности 15-20%, в то время как высокоэффективные солнечные панели превышают 20%. Эффективность некоторых экспериментальных солнечных панелей достигает 47%, но может пройти еще одно или два десятилетия, прежде чем производители солнечных панелей выпустят их на рынок.

Технология солнечных батарей

Не все солнечные элементы созданы одинаковыми. В зависимости от типа солнечной батареи, материала, из которого она изготовлена, а также того, как она преобразует солнечную энергию в полезную электроэнергию, существует несколько видов солнечных батарей и панелей.

Солнечные элементы PERC

Солнечные элементы

PERC — это солнечные элементы, разработанные с целью повышения показателей эффективности солнечных технологий. Хотя это может показаться незначительным, эта новая технология может повысить эффективность солнечных панелей примерно на 1%.Имейте в виду, что потребовалось почти 150 лет, чтобы достичь эффективности 20%, поэтому добавление еще одного процента к этому числу является большим достижением, поскольку они могут достичь увеличения выходной мощности примерно на 5%.

Повышенная эффективность достигается благодаря специальному пассивирующему слою. Предполагается, что этот слой замедляет электроны, когда они движутся к панели, и обеспечивает более эффективный захват. В настоящее время ведущие производители переходят на этот тип панелей. Не беспокойтесь — они по-прежнему поставляются в стандартных формах, и у вашего установщика солнечных батарей не возникнет проблем с установкой их на вашей крыше.

Солнечные батареи HIT

Солнечные элементы

HIT представляют собой модификацию монокристаллических солнечных панелей, в которых кристаллический слой окружен ультратонким силиконовым слоем a-Si. Эти экспериментальные солнечные панели являются следующим большим прорывом в производстве электроэнергии, поскольку они могут достигать эффективности до 28%. Эта технология также имеет более низкий температурный коэффициент и процесс производства несколько дешевле. Более низкий температурный коэффициент также означает более высокую общую эффективность, поскольку на квадратный метр может быть произведено больше энергии.

Многошинная технология

Технология MBB или MultiBusBar направлена ​​на снижение резистивных потерь за счет сокращения расстояния, которое должны пройти электроны перед входом в шину. Шины — это тонкие серебряные или серые линии на поверхности ваших солнечных панелей. Эта технология может повлиять на эффективность за счет увеличения выходной мощности под прямыми солнечными лучами. В высокоэффективных солнечных панелях MBB не используются новые материалы.

Технология разделенных ячеек

Технология Split Cell

повышает эффективность солнечных панелей за счет учета нескольких факторов: 

1. Уменьшает вдвое размер ячейки, что приводит к более высокой эффективности, 
2. Снижает температуру ячейки, делая ее более эффективной, 
3. Снижает производственные затраты и делает панели более стабильными, 
4. Способствует более высокому поглощению электронов в реальной производительности.

Поскольку эффективность имеет значение, каждая из этих технологий может снизить первоначальные затраты как для производителей, так и для клиентов. Они также могут повысить номинальную мощность каждой отдельной панели и помочь им достичь уровня эффективности. Кроме того, они могут уменьшить размер панели и существенно повлиять на то, сколько электроэнергии может производить ваша солнечная система.

Эффективность солнечных фотоэлементов

Эффективность солнечной системы является приоритетным фактором, который следует учитывать при установке солнечных панелей.Эффективная солнечная панель стоит дороже, но покрывает меньшую площадь вашей крыши, производит больше электроэнергии и компенсирует более высокий процент вашего счета за электроэнергию. Хороший рейтинг эффективности также означает более короткий срок окупаемости.

Солнечные фотоэлементы

имеют разные рейтинги эффективности, которые могут варьироваться от 6 до 44,4% для некоторых некоммерческих технологий. Хотя вам может не понадобиться ISS-диапазон эффективности, чем выше эффективность солнечной энергии, которую вы можете установить, тем лучше. Большинство домашних солнечных батарей имеют КПД 15-20%.

Важность эффективности солнечной панели

Быстрая окупаемость

Срок окупаемости перехода на солнечную энергию в США составляет около 8 лет. Это означает, что солнечная система за 25 000 долларов сможет сэкономить вам около 3 100 долларов в год. С Федеральной налоговой льготой и вашими местными государственными льготами вы можете сократить период окупаемости солнечной энергии.

Еще один способ ускорить окупаемость при переходе на солнечную энергию — выбрать эффективные панели. Панели с хорошими показателями эффективности будут стоить дороже, но и будут производить больше энергии.В течение всего срока службы лучшие солнечные панели сэкономят вам больше денег (и, возможно, даже принесут вам, в зависимости от вашей полезности), чем большинство солнечных панелей на рынке сегодня.

Более высокая мощность на квадратный фут

Эффективность также имеет значение, поскольку вы сможете получить более высокую мощность на квадратный фут. Вот почему повышенная эффективность является одной из ключевых особенностей любой хорошей солнечной панели. Если вам не хватает места, но вы хотите стать более экологичным, эффективные солнечные панели могут помочь вам производить больше солнечной энергии, чем обычная система.

Производители солнечных панелей продолжают пытаться сделать корпус солнечных панелей тоньше и уменьшить их размер, но уменьшение размера не может зайти слишком далеко. Единственный способ убедиться, что даже система, покрывающая небольшую площадь вашей крыши, может производить достаточно солнечной энергии для вас, — это использовать высокоэффективные солнечные панели.

Факторы, вызывающие колебания эффективности панели

Существует несколько факторов, которые следует учитывать при оценке эффективности панели. Ни одна солнечная панель не может производить постоянное количество электроэнергии в течение суток.Количество производимой энергии (кВтч) зависит от количества солнечного света, достигнутой температуры ячейки, номинальной мощности, а также ориентации и чистоты панели.

Излучение

Освещенность или солнечное излучение — это количество солнечного излучения, которое падает на определенную площадь в определенное время. Чем выше освещенность в вашем районе, тем больше солнечного света. Если вы живете в районе с высоким уровнем излучения, например, в Техасе или Флориде, вы можете даже подумать о переходе на менее эффективные солнечные панели, поскольку долгие солнечные часы гарантируют больше энергии, производимой даже при более низкой эффективности.

Затенение

Любой оттенок ограничит или полностью отключит одну или несколько солнечных батарей на вашей крыше. Что происходит, так это то, что из-за внутренней проводки солнечные панели не могут быть в тени. Даже тень соседнего ствола дерева может полностью отключить вашу солнечную панель и сделать вашу солнечную систему менее эффективной.

Ориентация панели

Ориентация солнечной панели является одним из ключевых факторов, которые следует учитывать при установке солнечной батареи. Обеспечение наилучшей ориентации по сторонам света и правильного наклона солнечных панелей позволит вам максимизировать выходную мощность, поскольку они будут подвергаться воздействию максимального количества солнечного света.

Температура

Слишком высокая или слишком низкая температура может снизить выходную мощность даже самых эффективных солнечных панелей. Солнечные панели, как правило, не так хорошо работают при сильном холоде и сильной жаре, поэтому убедитесь, что есть некоторое движение воздуха как над, так и под вашей солнечной батареей, чтобы они оставались как можно ближе к своей оптимальной температуре. Этих проблем можно избежать с помощью панелей с более низким температурным коэффициентом.

Пыль и грязь

Пыль и грязь покрывают поверхность ваших солнечных панелей и уменьшают количество солнечного света, попадающего на панель и преобразующегося в электричество.Будьте внимательны и время от времени удаляйте пыль или мусор с ваших солнечных панелей, чтобы значительно повысить их эффективность. В районах с регулярными осадками этого делать не нужно.

Местоположение

Расположение — еще один важный фактор для понимания размера и эффективности системы. В северных районах вы можете использовать более эффективные солнечные панели, чтобы удовлетворить свои потребности в энергии, поскольку северные районы получают меньше солнечного света с меньшей интенсивностью. Ваша широта или расстояние от экватора также определяют наилучший наклон ваших солнечных панелей.Высокоэффективные солнечные элементы могут производить наибольшую мощность при правильном наклоне. Чем выше ваша широта, тем выше наклон.

Время года

Солнечные панели не могут производить одинаковое количество энергии в течение года, независимо от их рейтинга эффективности и размера системы. При проектировании вашей солнечной системы вы всегда должны убедиться, что она может покрыть ваши среднегодовые потребности в электроэнергии в районах с нетто-счетчиками. В районах, где нет чистого учета, вам следует выбирать наиболее эффективные солнечные панели для зимнего производства, но только в том случае, если вы будете производить все свои потребности в энергии.

Стоит ли эффективность затрат?

Эффективность стоит больших денег, поэтому самые эффективные солнечные панели стоят больше всего денег. Пытаясь лучше понять, сколько денег вы должны потратить на солнечную систему, примите во внимание такие факторы, как ваши потребности в энергии, площадь, на которой вы можете установить солнечные батареи, а также количество солнечного света, которое ваша область получает в год.

В солнечных штатах эффективность не имеет большого значения, так как даже небольшая система может производить достаточно солнечной энергии для вашего дома благодаря большему количеству солнечного света, получаемого в течение года.Однако наличие меньшей площади крыши (например, в многоэтажных домах) на севере США должно означать, что эффективность важнее. В этом случае вложение большего количества средств означает, что вы получите наиболее эффективные солнечные панели и более высокую выходную мощность.

самых эффективных солнечных панелей в 2021 году

Каждая из следующих солнечных панелей представляет собой высокоэффективную солнечную панель, произведенную в 2021 году. Некоторые производители, такие как Sun Power и Trina Solar (и другие), экспериментируют с новыми технологиями, чтобы иметь возможность предоставить рынку лучшее из лучший. Это список 10 самых эффективных солнечных панелей в 2021 году:

.

Часто задаваемые вопросы

Какой источник энергии самый эффективный?

Было доказано, что среди всех возобновляемых источников солнечная энергия является наиболее эффективным и наиболее эффективным источником энергии. Хотя это не всегда присутствует, солнечные системы легко комбинируются с солнечной батареей, чтобы повысить вашу энергетическую независимость. В регионах, где доступно измерение сети, лучше всего использовать этот вариант в своих интересах, так как вы экономите на стоимости батареи.

Как повысить эффективность солнечных батарей?

Даже самые эффективные солнечные панели нуждаются в небольшом обслуживании, чтобы помочь им достичь наивысшего рейтинга эффективности. Если их правильно наклонить и сориентировать (к югу в северном полушарии), а также очистить от пыли и мусора, это обеспечит высокую эффективность на долгие годы. Подняв их на несколько дюймов над крышей, вы уменьшите перегрев, поскольку чрезмерное тепло является проблемой даже для панелей с низкими температурными коэффициентами.

Насколько жарко для солнечных батарей?

Любая высокоэффективная солнечная панель лучше всего работает при температуре от 59°F до 95°F. В реальных условиях солнечные панели могут нагреваться намного сильнее, поскольку они размещаются на крышах и подвергаются воздействию прямых солнечных лучей. В этом случае ваша солнечная панель будет иметь несколько меньшую выходную мощность.

Стоят ли солнечные панели вложений?

Да, солнечные панели стоят вложений. В зависимости от вашего потребления электроэнергии и размера системы солнечная система может компенсировать до 100% вашего счета за электроэнергию.В некоторых районах вы даже можете продавать лишнюю электроэнергию своей коммунальной компании, зарабатывая еще больше денег.

Заключение

На рынке представлено множество типов солнечных панелей. Существуют также различные используемые материалы, различные методы наслоения и другие факторы, которые могут влиять на то, сколько энергии может производить ваша солнечная батарея. Sunpower производит почти 2,3% всей электроэнергии в США. Благодаря новым прорывам и достижениям в этой области солнечные панели будут становиться все более доступными и эффективными с каждым десятилетием.

Обновлено 12-20-21

Прорыв британской компании в области солнечной энергетики может привести к созданию самых эффективных панелей в мире к 2021 году | Производственный сектор

На крышах британских домов к следующему лету может произойти прорыв в новой технологии солнечной энергетики с использованием кристалла, впервые обнаруженного более 200 лет назад, который поможет использовать больше солнечной энергии.

Оксфордская компания, занимающаяся технологиями солнечной энергетики, надеется к концу года начать производство самых эффективных в мире солнечных панелей и стать первой, кто продаст их населению в течение следующего года.

Oxford PV утверждает, что солнечные панели следующего поколения смогут генерировать почти на треть больше электроэнергии, чем традиционные солнечные панели на основе кремния, благодаря покрытию панелей тонким слоем кристаллического материала, называемого перовскитом.

Этот прорыв станет первым крупным шагом вперед в производстве солнечной энергии с момента появления этой технологии в 1950-х годах и может сыграть важную роль в преодолении климатического кризиса за счет увеличения доли экологически чистой энергии.

Покрывая перовскитом традиционный элемент солнечной энергии, солнечная панель может увеличить выработку энергии и снизить общую стоимость чистого электричества, поскольку кристалл способен поглощать разные части солнечного спектра, чем традиционный кремний.

Обычно кремниевый солнечный элемент способен преобразовывать до 22% доступной солнечной энергии в электричество. Но в июне 2018 года солнечный элемент Oxford PV на основе перовскита на кремнии превзошел самый эффективный солнечный элемент только на кремнии, установив новый мировой рекорд в 27,3%.

Панели с перовскитовым покрытием также выглядят иначе. Вместо синего оттенка, который обычно ассоциируется с традиционными силиконовыми панелями, панели Oxford PV будут выглядеть черными и лучше сочетаться с шифером на крыше.

Минерал перовскит, также известный как кристаллический титанат кальция, был впервые обнаружен русским минералогом в Уральских горах в 1839 году. кристаллическую структуру перовскита, но которые способны генерировать больше возобновляемой электроэнергии при меньших затратах.

Доктор Крис Кейс, главный технический директор Oxford PV, сказал, что использование перовскита представляет собой «настоящую перемену» в солнечной технологии, которая практически не изменилась с тех пор, как в 1950-х годах были разработаны панели на основе кремния.

«Кремний достиг своего пика возможностей», — сказал он. «Есть остаточные улучшения, которые необходимо сделать, и стоимость производственных возможностей, но с точки зрения производительности это на пределе эффективности. Материал перовскит — это что-то совершенно инновационное для солнечной энергетики».

В 2010 году компания получила финансирование в размере 100 000 фунтов стерлингов от правительства Великобритании, а затем привлекла инвестиции в акционерный капитал норвежского нефтяного гиганта Equinor, Legal & General Capital и китайского гиганта возобновляемой энергетики Goldwind.