Виды солнечных батарей: Трекеры — системы ориентации солнечных батарей

Опубликовано в Разное
/
11 Ноя 1973

Содержание

Трекеры — системы ориентации солнечных батарей

Подробнее о солнечных модулях.

Наиболее распространенный и популярный вид солнечных батарей солнечные батареи из монокристаллического кремния.

Их получают литьем кристаллов кремния высокой чистоты, при котором расплав отвердевает при контакте с затравкой кристалла. В процессе охлаждения кремний постепенно застывает в форме цилиндрической отливки монокристалла диаметром 13 — 20 см, длина которого достигает 200 см. Получаемый таким образом слиток нарезается листочками толщиной 250 — 300 мкм. Такие элементы имеют более высокую эффективность по сравнению с элементами, вырабатываемыми другими способами, КПД достигает 19 %, благодаря особой ориентации атомов монокристалла, которая способствует росту подвижности электронов. Кремний пронизывает сетка из металлических электродов. Традиционно монокристаллические модули вставлены в алюминиевую рамку и закрыты противоударным стеклом. Цвет монокристаллических фото-элементов — темно-синий или черный.

Солнечные батареи надежны, долговечны (срок службы до 50 лет) и просты в установке, так как не содержат движущихся частей. Солнечные батареи можно использовать, где плохо работает обычное энергоснабжение и большое количество солнечных дней. Примеры применения солнечных батарей: на крышах домов для получения электричества, на уличных и садовых фонарях для освещения, подзарядка аккумуляторов, обеспечение электричеством оборудования на судах, раций, насосов, сигнализации и т.д. 

Солнечные панели из монокристаллических фотоэлектрических элементов более эффективны, но и более дороги в пересчете на ватт мощности. Их КПД, как правило, в диапазоне 14-18%. 

Обычно монокристаллические элементы имеют форму многоугольников, которыми трудно заполнить всю площадь панели без остатка. В результате удельная мощность солнечной батареи несколько ниже, чем удельная мощность отдельного ее элемента.

Солнечные батареи из мультикристаллического кремния 
Изготовление мультикристаллического кремния намного легче, чем монокристаллического. Мультикристаллический кремний как материал состоит из случайно собранных разных монокристаллических решеток кремния (срок службы 25 лет, КПД до 15%). Именно поэтому, мультикристаллические панели обычно предлагают дешевле.

Солнечные батареи из поликристаллического кремния 
Альтернативой монокристаллического кремния является поликристаллический кремний. У него более низкая себестоимость. Кристаллы в нем ещё агрегатные, но имеют различную форму и ориентацию. Этот материал, по сравнению с темными монокристаллами, отличается ярко синим цветом. Совершенствование процесса производства элементов данного типа позволяет сегодня получать компоненты, характеристики которых лишь немного уступают по электрическим показателям монокристаллу. 

С помощью системы солнечных батарей можно: 

  • — освещать и снабжать электричеством жилые дома и дачи, школы, больницы, офисы, хозяйства, тепличные комплексы и др; 
  • — освещать парки, сады, дворы, шоссе и улицы; 
  • — обеспечивать электропитанием телекоммуникационное, медицинское оборудование; 
  • — снабжать энергией нефте- и газопроводы; 
  • — обеспечивать энергоснабжение подачи и опреснения воды; 
  • — производить зарядку мобильных телефонов и ноутбуков 
  •  
Рис.2 

Рис.3 

Тонкоплёночные батареи

Тонкопленочные технологии позволяют делать более дешевую по себестоимости производства панель. Это обстоятельство делает пленочные панели более привлекательными для строительства крупных «ферм» по выработке электричества из солнечного света, когда «солнечный фермер» ограничен не столько площадью земли, сколько стоимостью установки батареи. Возможна установка не только на крышу, но также на боковые поверхности здания. 

Тонкопленочные панели не требуют прямых солнечных лучей, работают при рассеянном излучении, благодаря чему суммарная вырабатываемая за год мощность больше на 10-15%, чем вырабатывают традиционные кристаллические солнечные панели. Тонкая пленка является намного более рентабельным способом производства энергии и может переиграть монокристаллы в областях с туманным, пасмурным климатом или в тех отраслях промышленности, которым свойственна запыленность воздуха или высокое содержание в нем иных макрочастиц. 

Тонкоплёночные панели в 95 % случаев используются для «он-грид» систем, генерирующих электроэнергию непосредственно в сеть. Для этих панелей необходимо использовать высоковольтные контроллеры и инверторы, не стыкующиеся с маломощными бытовыми системами.  
Хотя себестоимость тонкопленочных панелей невысокая, они занимают значительно бόльшую площадь (в 2,5 раза), чем моно- и поли-кристаллические панели. Из-за меньшего КПД. Тонкопленочные панели эффективно использовать в системах мощностью 10 кВт и более. Для построения небольших автономных или резервных систем электроснабжения используются монокристаллические и поликристаллические панели.

Солнечные батареи из аморфного кремния

Солнечные батареи из аморфного кремния обладают одним из самых низки КПД. Обычно его значения в пределах 6-8%. Однако среди всех кремниевых технологий фотоэлектрических преобразователей они вырабатывают самую дешевую электроэнергию. 

  
Рис.4

Солнечные батареи на основе теллуида кадмия  

Солнечные панели из теллурида кадмия (CdTe) создаются на основе пленочной технологии. Полупроводниковый слой наносят тонким слоем в несколько сотен микрометров. Эффективность элементов из теллурида кадмия невелика, КПД около 11%. Однако, в сравнении с кремниевыми панелями, ватт мощности этих батарей обходится на несколько десятков процентов дешевле. 

 
Рис.5.

Солнечные батареи на основе CIGS

Солнечные панели на основе CIGS. CIGS — это полупроводник, состоящий из меди, индия, галлия и селена. Этот тип солнечных батарей тоже выполнен по пленочной технологии, но в сравнении с панелями из теллурида кадмия обладает более высокой эффективностью, его КПД доходит до 15%. 

  
Рис.6

Потенциальные покупатели солнечных батарей часто задают себе вопрос, сможет ли тот или иной тип фотоэлектрических преобразователей обеспечить необходимую мощность всей системы. Здесь надо понимать, что эффективность солнечных батарей напрямую не влияет на количество вырабатываемой установкой энергии. 

Одинаковую мощность всей установки можно получить при помощи любых типов солнечных батарей, однако более эффективные фотоэлектрические преобразователи займут меньше места, для их размещения понадобится меньшая площадь. Например, если для получения одного киловатта электроэнергии потребуется около 8 кв.м. поверхности солнечной батареи на основе монокристаллического кремния, то панели из аморфного кремния займут уже около 20 кв.м. 

Приведенный пример, конечно же, не является абсолютным. На выработку электроэнергии фотоэлектрическими преобразователями влияет не только общая площадь солнечных панелей. Электрические параметры любой солнечной батареи определяются в так называемых стандартных условиях тестирования, а именно при интенсивности солнечного излучения 1000 Вт/кв.м. и рабочей температуре панели 25° C. 

В странах Центральной и Восточной Европы интенсивности солнечного излучения редко достигает номинального значения, поэтому даже в солнечные дни фотоэлектрические панели работают с недогрузкой. Может показаться, что и температура 25° C тоже встречается не так уж и часто. Однако речь о температуре солнечной панели, а не о температуре воздуха.  
В рамках общей тенденции снижения отдаваемой мощности с ростом рабочей температуры, каждый тип солнечных батарей ведет себя по-разному. Так у кремниевых элементов номинальная мощность падает с каждым градусом превышения номинальной температуры на 0,43-0,47%.В то же время элементы из теллурида кадмия теряют всего 0,25%.

рейтинг по КПД для дома и дачи

Новый мировой рекорд: эффективность солнечных батарей повысили до 29,15%

Научно-исследовательская группа Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) описала в журнале Science разработку тандемного солнечного элемента из перовскита и кремния. Его КПД составил 29,15%. На текущий момент — это новый мировой рекорд. Предыдущие показатели КПД были в районе 28%. Исследователи планируют довести эффективность тандемного солнечного элемента до 30% и даже превысить этот показатель.

Для солнечных элементов базовым материалом является кремний, а разработки с использованием перовскита (титаната кальция) ведутся параллельно. Ученые думают, что возможности перовскита еще не раскрыты и используя оба материала, они получают прирост эффективности.

Солнечные элементы, состоящие из двух полупроводников с различной шириной запрещенной зоны, способны демонстрировать высокую эффективность по сравнению с отдельными элементами, так как тандемные элементы полнее используют солнечный спектр. В частности, обычные кремниевые солнечные элементы главным образом эффективно преобразуют в электрическую энергию инфракрасную часть солнечного спектра, в то время как соединения перовскита могут эффективно преобразовывать видимую часть спектра, повышая КРД тандема.

Использование перовскита и кремния не увеличивает стоимость солнечных панелей.

Виды солнечных батарей

Современные солнечные комплексы работают на различных видах фотоэлектрических панелей, обладающих своими особенностями и параметрами. Все виды солнечных батарей создавались для достижения максимальной эффективности, производительности, получения стабильных и равномерных результатов. Несмотря на заметную разницу в показателях, все разновидности активно используются, демонстрируя свои лучшие качества в предлагаемых условиях.

Постоянные разработки новых образцов фотоэлектрических материалов привели к появлению большого количества солнечных панелей. В их число входят:

  • кремниевые, в т. ч. моно- и поликристаллические, аморфные виды
  • из теллурида кадмия
  • полупроводниковые панели из селена, индия, галлия и меди (CIGS)
  • полимерные модули

По механическим свойствам различают:

  • жесткие
  • гибкие (тонкопленочные)
  • одно- и двухсторонние панели

Все разновидности демонстрируют высокие эксплуатационные качества — они практически не требуют обслуживания, нуждаясь только в очистке рабочей поверхности от пыли, ухудшающей прием солнечной энергии фотоэлементами.

Кремниевые

Солнечные панели из кремния являются наиболее распространенными из всех видов. Технология их производства хорошо отработана, производители сумели добиться максимальной эффективности продукции, повторяемости результата. Все виды солнечных панелей, использующиеся в солнечных комплексах, делятся на три основные группы:

  • монокристаллические
  • поликристаллические
  • аморфные

Технология их производства заметно различается, общим признаком остается только базовый материал изготовления. Отличаются они и по эффективности, особенностям использования.

Однако, все разновидности кремниевых панелей лидируют среди альтернативных вариантов по производительности (моно- и поликристаллические) или стоимости (аморфные). Рассмотрим их внимательнее:

Монокристаллические

Среди всех существующих разработок наиболее эффективными являются монокристаллические кремниевые панели. Несмотря на довольно высокую цену, они востребованы и являются для пользователей наиболее предпочтительным вариантом. Особенность этих фотоэлектрических элементов в том, что они являются тонким срезом с единого кристалла кремния.

Технология выращивания состоит в опускании правильного эталонного кристалла малого размера в расплав кремния. Этот небольшой образец становится основой для роста большого кристалла, который, по достижении нужного размера, распиливают на тонкие пластинки. Форма близка к цилиндру, поэтому отдельные элементы имеют срезанные края.

По этому признаку, а также по цвету, монокристаллические панели легко отличить от любых других видов — они черные и по всей площади панели имеют металлические защитные крышки на точках соединения срезанных углов.

КПД таких модулей составляет 18-22 %, долговечность — около 25 лет (и более). Единственным недостатком считается высокая стоимость монокристаллов.

Поликристаллические

Поликристаллические элементы созданы для ускорения и удешевления производственного процесса. Выращивание монолитного кристалла — длительный и дорогостоящий процесс, что отрицательно отражается на себестоимости.

Поликристаллические панели делают из отливки, полученной после розлива расплавленного кремния в формы. Застывшую массу разрезают на тонкие пластинки, которые и становятся основой для панелей. Их КПД составляет 12-18 %, цена ниже примерно на 20 %. Внешне поликристаллические панели легко отличить по синему цвету и отсутствию каких-либо дополнительных элементов.

Дешевизна и относительно высокие технические характеристики сделали поликристаллические элементы наиболее распространенными среди всех остальных видов. Особенностью, увеличивающей возможности модулей, является способность вырабатывать электроэнергию в пасмурную погоду. Это подходит для многих северных регионов или районов с малым количеством солнечных дней.

Различия моно- и поликристаллических панелей

Основная разница между этими разновидностями состоит в ориентации микрочастиц кремния. В монокристалле они все направлены в одну сторону и способны с максимальной эффективностью получать солнечную энергию. У поликристаллов элементы расположены хаотично, что снижает общую производительность.

Этим же объясняется их способность работать в пасмурную погоду — есть примерно равное количество элементов, оптимальным образом расположенных к свету любой направленности. У монокристалла изменение положения лучей сразу снижает выработку энергии у всей панели. Поэтому для регионов с низкой инсоляцией выбор поликристаллических панелей будет более оправданным и эффективным.

Аморфные

Эти панели сочетают в себе и достоинства, и недостатки жестких кремниевых образцов. Они изготавливаются методом напыления на гибкую основу слоя кремния. Это делает панель гибкой и способной к установке на рельефную поверхность. В результате появляется возможность получать энергию в течение для в более равномерном и стабильном режиме.

Их КПД составляет всего 5-6 %, но работоспособность значительно выше — только аморфные панели начинают давать энергию в условиях слабой освещенности, когда моно- и поликристаллические элементы еще не готовы к работе.

Современные аморфные панели третьего поколения способны развивать КПД до 12 %, но их цена пока слишком велика для такой эффективности. Основная особенность этих элементов состоит в хорошей производительности при высокой температуре среды. Кроме этого, на производство уходит всего 10 % кремния, что значительно снижает себестоимость.

Пленочные

Известно, что кремний плохо поглощает солнечный свет в инфракрасном диапазоне. Это заметно снижает производительность и эффективность панелей. Пленочные типы солнечных панелей создавались для того, чтобы устранить этот недостаток. Они изготовлены из арсенида галлия, теллурида кадмия или селенидов меди, галлия, индия. Эти материалы хорошо поглощают энергию солнца во всех диапазонах, причем, толщина слоя может составлять всего несколько микрон против 100-300 мкм для кремниевых образцов.

Пленочные панели представляют собой два слоя гибкой прозрачной основы, между которыми напылены те или иные материалы. В среднем, КПД пленочных модулей не превышает 11-13 %, но в некоторых случаях отмечается 18 и даже 20 %.

Производство пока находится в начальной стадии. Виной этого является недостаток индия, сложности работы с галлием и другие технологические проблемы.

Полимерные

Дороговизна и прочие недостатки кремниевых солнечных панелей вызвали рост разработок, призванных решить существующие проблемы, снизить цены и улучшить качество модулей. Одним из наиболее перспективных направлений считаются полимерные солнечные батареи.

Они состоят из слоя специального полимера, нанесенного на гибкую основу, и алюминиевых токопроводящих дорожек. Эти панели обладают заметными преимуществами:

  • компактность
  • малый вес и размер
  • гибкая структура позволяет монтировать на рельефные поверхности
  • сравнительно низкая себестоимость

Основным недостатком полимерных панелей долгое время считалась низкая эффективность. Однако, в последнее время состоялся ряд открытий, сделанных учеными из разных стран. В результате удалось повысить показатели модулей до вполне конкуреноспособных значений.

Сегодня полимерные типы солнечных батарей демонстрируют КПД 6,5 % при относительно низкой освещенности поверхности.

Лидерами в производстве этих фотоэлектрических элементов являются датские производители. В целом, промышленное производство пока находится в зачаточном состоянии, но, с увеличением качества и эффективности, количество изготовителей резко возрастет.

Фотосенсибилизированные

В настоящее время эти изделия являются лишь опытными образцами, прототипами промышленных панелей. Основным элементом является т. н. ячейка Гретцеля, которая представляет собой стеклянную проводящую колбу, заполненную красителем.

Он нужен для более активного поглощения света и является непосредственной средой выработки энергии. При поглощении солнечных лучей происходит возбуждение одного из электронов молекулы красителя. Он проходит через несколько стадий и попадает на второй электрод, образуя электрический ток. Одновременно происходит процесс восстановления молекулы и новый цикл перехода электронов.

Считается, что панели этого типа в недалеком будущем смогут заменить кремниевые образцы. Пока они находятся в стадии отработки технологии и совершенствования конструкции, но работы ведутся весьма активно и успешно.

Концентрационные солнечные модули

Эти системы не вырабатывают ток, производя лишь тепловую энергию. Они используются для нагрева теплоносителя и подачи его в отопительный контур. Существует несколько разновидностей, но принцип действия всегда один — нагрев черной емкости с водой.

Для защиты от внешней температуры используется прозрачная защитная крышка. Есть вакуумные системы, представляющие собой двойные колбы, между которыми откачан воздух. Они способны греть воду даже при отрицательных наружных температурах, но очень хрупкие и не подлежат восстановлению.

Есть модули, в которых солнечный свет концентрируется параболическим зеркалом. В его фокус помещается резервуар с теплоносителем. Который нагревается в проточном режиме. Этот способ эффективен, но требует большого пространства и дорогостоящего зеркала.

Сравнение: виды солнечных панелей и их КПД

Сравним показатели панелей разных видов:

  • кремниевые — 6-8 % (аморфные), 12-18 % (поликристаллические), 18-22 % (монокристаллические)
  • аморфные — 8-12 %
  • пленочные — 11-13 % (отдельные панели показывают КПД 15 %)
  • полимерные — 6-8 %
  • фотосенсибилизированные — до 10 % (расчетные значения — 33 %)

Необходимо учитывать, что появление более эффективных образцов — вопрос совсем небольшого времени. Уже сегодня есть разработки, достигающие 44 %, хотя их стоимость пока слишком велика. Производители и ученые постоянно работают над увеличением выработки энергии панелями разных видов.

Самые эффективные солнечные батареи

Самыми эффективными признают монокристаллические панели, которые могут демонстрировать КПД до 22 %. Это промышленные образцы, которые есть в продаже.

Опытные экземпляры значительно эффективнее. Но их пока нельзя приобрести. Поэтому рассматривать возможности солнечных батарей следует только у доступных разновидностей. На втором месте находятся поликристаллические панели и некоторые модели пленочных модулей. Остальные виды пока отстают, но процесс доводки их возможностей ведется непрерывно.

Видео: опыт использования и отзывы

Цены на солнечные батареи и где купить?

Сравнительный обзор различных видов солнечных батарей


Альтернативная энергетика максимально развивается в Европе, показывая результатами свою перспективность. Появляются новые виды солнечных батарей, повышается их КПД.

При желании обеспечить работу промышленного здания или жилого помещения за счет энергии солнца, необходимо предварительно узнать об отличиях оборудования, понять, какие солнечные панели подходят под климатические условия определенного региона.

Мы поможем разобраться в этом вопросе. В статье рассмотрен принцип работы фотоэлектрических преобразователей, приведен обзор разных видов солнечных батарей с указанием их характеристик, преимуществ и недостатков. Ознакомившись с материалом, вы сможете сделать правильный выбор для обустройства эффективной гелиосистемы.

Содержание статьи:

Принцип работы солнечных панелей

Подавляющее большинство солнечных панелей являются в физическом смысле фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект возникает в месте полупроводникового p-n перехода.

Именно кремниевые пластины составляют основу себестоимости солнечных панелей, но при их использовании в качестве круглосуточного источника электроэнергии придется дополнительно купить дорогостоящие аккумуляторные батареи

Панель состоит из двух кремниевых пластин с различными свойствами. Под действием света в одной из них возникает недостаток электронов, а в другой – их избыток. Каждая пластина имеет токоотводящие полоски из меди, которые подсоединяются к преобразователям напряжения.

Промышленная солнечная панель состоит из множества ламинированных фотоэлектрических ячеек, скрепленных между собой и закрепленных на гибкой или жесткой подложке.

КПД оборудования зависит во многом от чистоты кремния и ориентации его кристаллов. Именно эти параметры пытаются улучшить инженеры последние десятилетия. Основной проблемой при этом является высокая стоимость процессов, которые лежат в основе очищения кремния и расположения кристаллов в одном направлении на всей панели.

Ежегодно максимальные КПД различных солнечных панелей изменяются в большую сторону, потому что в исследования новых фотогальванических материалов вкладываются миллиарды долларов (+)

Полупроводники фотоэлектрических преобразователей могут изготавливаться не только из кремния, но и из других материалов – при этом не изменяется.

Типы фотоэлектрических преобразователей

Классифицируют промышленные солнечные панели по их конструкционным особенностям и типу рабочего фотоэлектрического слоя.

Различают такие виды батарей по типу устройства:

  • ;
  • жесткие модули.

Гибкие тонкопленочные панели постепенно занимают всё большую нишу на рынке благодаря своей монтажной универсальности, ведь установить их можно на большинстве поверхностей с разнообразными архитектурными формами.

Реальные характеристики солнечных панелей обычно ниже, чем указанные в инструкции. Поэтому перед их установкой дома желательно самому увидеть похожий реализованный проект

По типу рабочего фотоэлектрического слоя солнечные батареи разделяются на такие разновидности:

  1. Кремниевые: монокристаллические, поликристаллические, аморфные.
  2. Теллурий-кадмиевые.
  3. На основе селенида индия- меди-галлия.
  4. Полимерные.
  5. Органические.
  6. На основе арсенида галлия.
  7. Комбинированные и многослойные.

Интерес для широкого потребителя представляют не все типы солнечных панелей, а только лишь первые два кристаллических подвида.

Хотя некоторые другие типы панелей и имеют большие КПД, но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения.

Галерея изображений

Фото из

Массив монокристаллических солнечных фотоэлементов

Солнечная панель на основе поликристаллов кремния

Солнечная панель в виде пленки

Фотогальванические элементы из селенида индия-меди-галлия

Фотоэлемент на основе арсенида галлия

Солнечные панели со слоем теллурида кадмия

Производство органических солнечных панелей

Солнечная батарея из полиэфира

Кремниевые фотоэлектрические элементы довольно чувствительны к нагреву. Базовая температура для измерения электрогенерации составляет 25°C. При её повышении на один градус эффективность панелей снижается на 0,45-0,5%.

Далее будут подробно рассмотрены солнечные панели, которые представляют наибольший потребительский интерес.

Характеристики панелей на основе кремния

Кремний для солнечных батарей изготавливают из кварцевого порошка – размолотых кристаллов кварца. Богатейшие залежи сырья есть в Западной Сибири и Среднем Урале, поэтому перспективы данного направления солнечной энергетики практически безграничны.

Даже сейчас кристаллические и аморфные кремниевые панели занимают уже более 80% рынка. Поэтому стоит рассмотреть их более подробно.

Монокристаллические кремниевые панели

Современные монокристаллические кремниевые пластины (mono-Si) имеют равномерный темно-синий цвет по всей поверхности. Для их производства используется наиболее чистый кремний. Монокристаллические фотоэлементы среди всех кремниевых пластин имеют самую высокую цену, но обеспечивают и наилучший КПД.

Большие монокристаллические солнечные панели с поворотными механизмами идеально вписываются в пустынные пейзажи. Там обеспечиваются условия для максимальной производительности

Высокая стоимость производства обусловлена сложностью ориентации всех кристаллов кремния в одном направлении. Из-за таких физических свойств рабочего слоя максимальный КПД обеспечивается только лишь при перпендикулярном падении солнечных лучей на поверхность пластины.

Монокристаллические батареи требуют дополнительного оборудования, которое автоматически поворачивает их в течение дня, чтобы плоскость панелей была максимально перпендикулярна солнечным лучам.

Слои кремния с односторонне ориентированными кристаллами вырезаются из цилиндрического бруска металла, поэтому готовые фотоэлектрические блоки имеют вид закруглённого по углам квадрата.

К преимуществам монокристаллических кремниевых батарей относят:

  1. Высокий КПД со значением 17-25%.
  2. Компактность – меньшая площадь размещения оборудования из расчета на единицу мощности, в сравнении с поликристаллическими кремниевыми панелями.
  3. Долговечность – достаточная эффективность генерации электроэнергии обеспечивается до 25 лет.

Недостатков у таких батарей всего два:

  1. Высокая стоимость и длительная окупаемость.
  2. Чувствительность к загрязнению. Пыль рассеивает свет, поэтому у покрытых ею солнечных панелей резко снижается КПД.

Из-за потребности в прямых солнечных лучах монокристаллические в основном на открытых площадках или на высоте. Чем ближе местность к экватору и чем больше в ней солнечных дней, тем более предпочтительна установка именно этого типа фотоэлектрических элементов.

Поликристаллические солнечные батареи

Поликристаллические кремниевые панели (multi-Si) имеют неравномерный по интенсивности синий окрас из-за разносторонней ориентированности кристаллов. Чистота кремния, используемого при их производстве, несколько ниже, чем у монокристаллических аналогов.

Разнонаправленность кристаллов обеспечивает высокий КПД при рассеянном свете – 12-18%. Он ниже, чем в однонаправленных кристаллах, но в условиях пасмурной погоды такие панели оказываются более эффективны.

Неоднородность материала приводит и к снижению себестоимости производства кремния. Очищенный металл для поликристаллических солнечных панелей без особых ухищрений заливается в формы.

На производстве используются специальные технические приемы для формирования кристаллов, однако их направленность не контролируется. После остывания кремний нарезают слоями и обрабатывают по специальному алгоритму.

Поликристаллические панели не требуют постоянной ориентации в сторону солнца, поэтому для их размещения активно используются крыши домов и промышленных зданий.

Днем при легкой облачности преимуществ солнечных панелей из аморфного кремния заметно не будет, их достоинства раскрываются только при плотных тучах или в тени (+)

К достоинствам солнечных батарей с разнонаправленными кристаллами относят:

  1. Высокая эффективность в условиях рассеянного света.
  2. Возможность стационарного монтажа на крышах зданий.
  3. Меньшая стоимость по сравнению с монокристаллическими панелями.
  4. Длительность эксплуатации – падение эффективности через 20 лет эксплуатации составляет всего 15-20%.

Недостатки у поликристаллических панелей также имеются:

  1. Пониженный КПД со значением 12-18%.
  2. Относительная громоздкость – требуется больше пространства для установки из расчета на единицу мощности в сравнении с монокристаллическими аналогами.

Поликристаллические солнечные панели завоевывают всё большую рыночную долю среди других кремниевых батарей. Это обеспечивается широкими потенциальными возможностями для удешевления стоимости их производства. Ежегодно увеличивается и КПД таких панелей, стремительно приближаясь к 20% у массовых продуктов.

Солнечные панели из аморфного кремния

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

В результате такой технологии классические кристаллы не образуются, а затраты на производство резко снижаются.

Фотоэлементы из осажденного аморфного кремния можно закреплять как на гибкой полимерной подложке, так и на жестком стеклянном листе

На данный момент существует уже три поколения панелей из аморфного кремния, в каждом из которых заметно повышается КПД. Если первые фотоэлектрические модули имели эффективность 4-5%, то сейчас на рынке массово продаются модели второго поколения с КПД 8-9%.

Аморфные панели последней разработки имеют эффективность до 12% и уже начинают появляться в продаже, но они пока ещё достаточно дорогие.

За счет особенностей данной производственной технологии, создать слой кремния можно как на жесткой, так и на гибкой подложке. Из-за этого модули из аморфного кремния активно используются в гибких тонкоплёночных солнечных модулях. Но варианты с эластичной подложкой стоят намного дороже.

Физико-химическая структура аморфного кремния позволяет максимально поглощать фотоны слабого рассеянного света для генерации электроэнергии. Поэтому такие панели удобны для применения в северных районах с большими свободными площадями.

Не снижается эффективность батарей на основе аморфного кремния и при высокой температуре, хотя они и уступают по этому параметру панелям из арсенида галлия.

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

Подытоживая, можно указать такие преимущества аморфных солнечных панелей:

  1. Универсальность – возможность изготовления гибких и тонких панелей, монтаж батарей на любые архитектурные формы.
  2. Высокий КПД при рассеянном свете.
  3. Стабильная работа при высоких температурах.
  4. Простота и надежность конструкции. Такие панели практически не ломаются.
  5. Сохранение работоспособности в сложных условиях – меньшее падение производительности при запыленности поверхности, чем у кристаллических аналогов

Срок службы таких фотоэлектрических элементов, начиная со второго поколения, составляет 20-25 лет при падении мощности в 15-20%. К недостаткам панелей из аморфного кремния можно отнести лишь потребность в бо́льших площадях для размещения оборудования требуемой мощности.

Обзор бескремниевых устройств

Некоторые солнечные панели, изготовленные с применением редких и дорогостоящих металлов, имеют КПД более 30%. Они в разы дороже своих кремниевых аналогов, но всё-таки заняли высокотехнологичную торговую нишу, благодаря своим особенным характеристикам.

Солнечные панели из редких металлов

Существует несколько типов солнечных панелей из редких металлов, и не все они имеют КПД выше, чем у монокристаллических кремниевых модулей.

Однако способность работать в экстремальных условиях позволяет производителям таких солнечных панелей выпускать конкурентоспособную продукцию и проводить дальнейшие исследования.

Панели из теллурида кадмия активно используются при облицовке зданий в экваториальных и аравийских странах, где их поверхность нагревается днем до 70-80 градусов

Основными сплавами, применяемыми для изготовления фотоэлектрических элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS).

Кадмий – токсический металл, а индий, галлий и теллур являются довольно редкими и дорогостоящими, поэтому массовое производство солнечных панелей на их основе даже теоретически невозможно.

КПД таких панелей находится на уровне 25-35%, хотя в исключительных случаях может доходить до 40%. Ранее их применяли в основном в космической отрасли, а сейчас появилось новое перспективное направление.

Из-за стабильной работы фотоэлементов из редких металлов при температурах 130-150°C их используют в солнечных тепловых электростанциях. При этом лучи солнца от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно генерирует электроэнергию и обеспечивает передачу тепловой энергии водяному теплообменнику.

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

Полимерные и органические аналоги

Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать только в последнем десятилетии, но исследователи уже добились значительных успехов. Наибольший прогресс демонстрирует европейская компания Heliatek, которая уже оснастила органическими солнечными панелями несколько высотных зданий.

Толщина её рулонной пленочной конструкции типа HeliaFilm составляет всего 1 мм.

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

Остро стоит вопрос срока деградации органического рабочего слоя. Пока что достоверно подтвердить уровень его КПД через несколько лет эксплуатации не представляется возможным.

Преимуществами органических солнечных панелей являются:

  • возможность экологически безопасной утилизации;
  • дешевизна производства;
  • гибкая конструкция.

К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно низкий КПД и отсутствие достоверной информации о сроках стабильной работы панелей. Возможно, что через 5-10 лет все минусы органических солнечных фотоэлементов исчезнут, и они станут серьезными конкурентами для кремниевых пластин.

Какую солнечную панель выбрать?

Выбор солнечных панелей для загородных домов на широте 45-60° не труден. Здесь стоит рассматривать лишь два варианта: поликристаллические и монокристаллические кремниевые панели.

При дефиците места предпочтение лучше отдать более эффективным моделям с односторонней ориентацией кристаллов, при неограниченной площади рекомендуется приобрести поликристаллические батареи.

Ориентироваться на прогнозы аналитических компаний развития рынка солнечных панелей не стоит, ведь лучшие их образцы, возможно, ещё не изобретены

Выбирать конкретного производителя, требуемую мощность и дополнительное оборудование лучше при участии менеджеров компаний, занимающихся продажей и установкой такого оборудования. Следует знать, что качество и цена фотоэлектрических модулей у крупнейших производителей отличаются мало.

Следует учитывать, что при заказе комплекта оборудования «под ключ», стоимость самих солнечных панелей будет составлять всего лишь 30-40% от общей суммы. Сроки окупаемости таких проектов составляют 5-10 лет, и зависят от уровня энергопотребления и возможности продажи излишков электроэнергии в городскую сеть.

Некоторые мастера предпочитают собирать солнечные батареи собственноручно. На нашем сайте есть статьи с подробным описанием технологии изготовления таких панелей, их подключению и обустройству отопительных гелиосистем .

Советуем ознакомиться:

Выводы и полезное видео по теме

Представленные видеоролики показывают работу различных солнечных панелей в реальных условиях. Также они помогут разобраться в вопросах выбора сопутствующего оборудования.

Правила выбора солнечных панелей и сопутствующего оборудования:

Виды солнечных панелей:

Тестирование монокристаллической и поликристаллической панелей:

Для населения и небольших промышленных объектов реальной альтернативы кристаллическим кремниевым панелям пока что нет. Но темпы разработки новых типов солнечных батарей позволяют надеяться, что скоро энергия солнца станет главным источником электроэнергии во многих загородных домах.

Всем заинтересованным в вопросе выбора и использования солнечных батарей предлагаем оставлять комментарии, задавать вопросы и участвовать в обсуждениях. Форма для связи расположена в нижнем блоке.

Какие солнечные батареи лучше?

Какие солнечные батареи лучше?

Выбирая солнечную батарею в магазине Вам непременно придется столкнуться с выбором какую солнечную панель выбрать монокристаллическую или поликристаллическую?

На этот вопрос нет однозначного ответа. Решать только Вам!

Эта статья поможет Вам разобраться в различиях между монокристаллическими солнечными модулями и поликристаллическими, а также ответит на такие вопросы:

  • Какие бывают разновидности солнечных батарей?
  • Какие солнечные панели лучше?

  • Как выбрать солнечную батарею, модуль?

  • В чем отличие монокристаллических солнечных батарей от поликристаллических солнечных батарей?

  • Какие выбрать солнечные батареи для дома?

  • Что лучше поликристалл или монокристалл?

 

Солнечная батарея — это устройство для преобразования солнечной энергии в электрическую.

Все солнечные батареи содержат в себе солнечные ячейки. Фотогальванические ячейки спаяны вмести и заключены в корпус. Сверху они покрыты стеклом, позволяющим проникать солнечному свету к самим ячейкам, одновременно защищая их от вредных химических и механических воздействий. Солнечные ячейки соединены в модулях в серии для создания необходимого напряжения. Сзади находится крышка из пластика которая защищает электрические детали от влаги и пыли.


 

Сегодня на рынке солнечных батарей представлено несколько различных образцов. Отличаются они друг от друга технологией изготовления и материалами, из которых их производят.

Разновидности солнечных батарей.

Солнечные батареи изготавливают из кристаллического кремния. Это самое распространенное вещество для создания солнечных ячеек. Данный вид кремния разделяется на виды, которые определяются размером кристаллов и методиками изготовления.

Для изготовления монокристаллических солнечных батарей используют максимально чистый кремний, получаемый по методу Чохральского или изготавливаются тигельным методом.

Кремний расплавляется в большом тигле. Затем в него добавляется затравка, являющаяся кремниевым стержнем, вокруг которой начинается процесс нарастания нового кристалла. Затравка и тигель вращаются в разные стороны. В итоге образуется огромный круглый кристалл кремния, его нарезают на пластинки, из которых выполняются ячейки солнечной батареи.

Основным недостатком метода является множество обрезков и специфическая форма солнечных монокристаллических ячеек – квадрат, у которого обрезаны углы.

После затвердевания готовый монокристалл разрезают на тонкие пластины толщиной 250-300 мкм, которые пронизывают сеткой из металлических электродов.

Используемая технология является сравнительно дорогостоящей, поэтому и стоят монокристаллические батареи дороже, чем поликристаллические или аморфные. Выбирают данный вид солнечных батарей за высокий показатель КПД (порядка 17-22%).

Для создания поликристаллических солнечных батарей делают кремниевый расплав и подвергают его медленному охлаждению. В результате чего получается поликристаллический кремний, который представляет собой совокупность из множества разных кристаллов, которые образуют единый модуль. Отсюда и специфический блик на поверхности солнечных батарей, в устройстве которых он содержится, напоминающий металлические хлопья.

Поликристаллический кремний. Этот материал является более простым и дешевым в изготовлении. Такая технология требует меньших энергозатрат, следовательно, и себестоимость кремния, полученного с ее помощью меньше.

Поликристаллические солнечные батареи имеют КПД (12-18%), но заметно выигрывают в стоимости.

Различия.


Температурный коэффициент.

В процессе эксплуатации в реальных условиях солнечный модуль нагревается, в результате чего номинальная мощность солнечного модуля снижается. По результатам исследований установлено, что в результате нагрева,  солнечный модуль теряет от 15 до 25% от своей номинальной мощности. В среднем у моно и поликристаллических солнечных модулей температурный коэффициент составляет -0,45%. То есть при повышении температуры на 1 градус Цельсия от стандартных условия STC, каждый солнечный модуль будет терять мощность согласно коэффициенту. Этот параметр также зависит от качества солнечных элементов и производителя. У некоторых топовых производителей температурный коэффициент модулях ниже -0,43%.

Деградация в период эксплуатации LID (Lighting Induced Degradation).

Монокристаллические солнечные модули имеют немного большую скорость деградации в сравнении с поликристаллическими солнечными модулями в первый год. Мощность качественного поликристаллического модуля в первый год снижается в среднем на 2%, монокристаллического на 3%. В последующие годы монокристаллический модуль деградирует на 0,71%, в то время как поликристаллический деградирует на 0,67% в год. Весьма незначительная разница. Многие китайские компании имеющие дистрибьюторов в России изготавливают солнечные модули из солнечных элементов малоизвестных китайских компаний. Мы знаем случаи с китайскими солнечными модулями, когда LID достигал 20% в первый же год. Поэтому перед покупкой солнечного модуля, уточните производителя солнечных элементов.

Цена.

Стоимость производства поликристаллического солнечного модуля ниже, чем монокристаллического. Весомый аргумент в пользу поликристаллического модуля.

Фото чувствительность.

В России до сих пор живет миф, о том что поликристаллический модуль более эффективно работает в пасмурную погоду. Однако ни одного официального доказательства, что это на самом деле так никто не видел. Этот вопрос больше относится к качеству и фото чувствительности  солнечных элементов. Ниже представлено сравнение моно и поликристаллических модулей CSG PVtech при различной освещенности.

Освещенность (Вт/м2)

200

400

600

800

1000

Коэффициент

Тип модуля

Мощность, Вт

200/

1000

400/

1000

240W Poly

49,896

96,981

146,446

194,785

242,238

0,20598

0,40035

255W Poly

50,336

102,533

154,760

206,205

257,152

0,19574

0,39873

250W Mono

51,773

100,260

151,333

201,336

250,567

0,20662

0,40013

260W Mono

51,878

105,748

159,035

211,609

262,965

0,19728

0,40214

Как видно из результатов теста, моно и поликристаллические модули практически одинаково ведут себя при различном уровне освещенности и имеют одинаковую фоточувствительность, во всяком случае у данного производителя это именно так. Выработку солнечных модулей при различной освещенности Вы можете определить по коэффициенту. У 250 Вт Моно при 200 Вт/м2 и 260 Вт моно при 400 Вт/м2 они наивысшие. Но опять же, разница минимальна.

Итоги и выводы.

Монокристалл — имеет меньшие размеры панелей при одинаковых мощностях (примерно на 5% процентов меньше размер солнечных панелей) из-за более высокого КПД на площадь солнечной клетки.

Поликристалл — имеет больший габаритный размер при такой же номинальной мощности и выигрышную разницу в цене (порядка 10%) в сравнении с монокристаллом.

Важно понимать то, что «Моно» не хуже и не лучше «Поли», они просто разные по способу производства. Основным различием между монокристаллическими солнечными батареями и поликристаллическими  солнечными батареями, при одинаковой номинальной мощности, будет лишь габаритный размер солнечной панели и их стоимость.

Перейти к выбору солнечной батареи

Типы солнечных панелей | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

Скорее всего, вы заметили, что порядок знакомства с технологиями производства фотоэлементов был выбран не случайно – мы начали элементами с наибольшим КПД и закончил элементами с наименьшим КПД. КПД для фотоэлементов — это эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую, это значит, что чем меньше КПД тем больше площади фотоэлементов нам необходимо для обеспечения той же мощности по сравнению с элементами у которых КПД имеет более высокое значение.

Теперь неплохо бы опровергнуть распространенное заблуждение о том, что поликристаллические фотомодули более эффективно преобразовывают солнечное излучение по сравнению с монокристаллическими. А тонкопленочные по сравнению с кристаллическими. На самом деле преобразование энергии прямого солнечного излучения монокристаллических элементов происходит с наибольшей эффективностью, у поликристаллических модулей это преобразование происходит с меньшей эффективностью в связи с разной ориентацией кристаллов в элементе. Рассеянное излучение кристаллические фотоэлементы преобразовывают с одинаковой эффективностью. Поэтому доля выработки от рассеянного излучения в поликристаллических панелях выше чем в монокристаллических, а, значит и влияние ориентации на выработку ниже. У тонкопленочных элементов в связи с большей степенью беспорядочности ориентации светочувствительных элементов выработка с рассеянной части излучения составляет основную долю выработки. Поэтому и принято говорить, что на выработку тонкопленочных модулей не влияет ориентация. Но энергию солнечного излучения, не зависимо от его формы, эффективнее всего преобразовывают монокристаллические модули потому что у них КПД выше.

Фотопанели из кристаллических фотоэлементов чаще всего используются в строительстве солнечных электростанций. Обычно, срок службы фотомодулей из кристаллических элементов составляет 25 лет. Через 25 лет мощность фотоэлементов составит 80% от текущей мощности. Обычно кристаллические фотопанели производятся с непрозрачной подложкой из PVB-пластика или тефлона, покрытием из стекла или прозрачного EVA-пластика, или стекла и алюминиевой рамой.

CIS – фотомодули имеют наибольший КПД как для тонкопленочных модулей. Но эти модули подвержены коррозии от токов утечки в связи с применением электролиза в их производстве, поэтому, когда мы устанавливаем станцию на CIS фотомодулях нам необходимо обеспечить полную потенциальную развязку с AC сетью с помощью установки трансформаторного инвертора или специального разделительного трансформатора и установить по дифференциальному автомату на каждую из линий, подключенных к инвертору. CdTe – фотомодули не подвержены коррозии. Но кадмий является токсичным элементом, вызывающим острые и хронические отравления. Поэтому использованные или испорченные CdTe – фотопанели подлежат обязательной утилизации, что удорожает эксплуатацию станции. Фотопанели из аморфного кремния не подвержены коррозии и не токсичны, но имеют очень низкий КПД и их активные элементы выгорают на солнце. Обычно в течении 6 – 12 месяцев после установки происходит снижение мощности, потом эти модули выходят на установившуюся мощность. Срок службы таких модулей составляет около 10 лет. Срок службы CIS и CdTe модулей такой же, как и у кристаллических.

Тонкопленочные фотомодули чаще всего применяются в фасадных системах и дизайнерских решениях. Скорее всего, в будущем тонкопленочные модули заменят кристаллические потому что их производство дешевле и менее энергоемко. Ведь никто не заинтересован в фотопанелях на производство которых тратится больше энергии чем они способны выработать за срок службы.

Виды солнечных батарей: сравнение и их отличия

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

Содержание статьи

Что такое солнечная батарея

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

Солнечные батареи – это специальные модули с фотоэлементами, которые могут захватывать солнечную радиацию и при помощи полупроводниковых устройств на выходе давать электроэнергию с напряжением 220В.

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

Виды кремниевых батарей

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

Монокристаллические

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

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

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

Поликристаллические

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

В результате использования более дешевого сырья цена на поликристаллическую батарею ниже на 15-20%, но это сказывается и на общей эффективности. КПД поликристаллических модулей при соблюдении правил эксплуатации не превышает 18%.

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

Виды пленочных батарей

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

На основе теллурида кадмия

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

Эффективность работы солнечных батарей на основе кадмия предельно мала, всего 10%. Поэтому ввиду их высокой стоимости, использования вредных материалов и низкой выработки они не пользуются широким спросом.

На основе CIGS

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

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

Амфорные батареи

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

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

Особым достижением работы амфорной солнечной батареи считается ее возможность работать с заявленным процентом КПД даже при сильно высокой температуре и нагревании поверхности, что другим батареям не свойственно.

Особые характеристики амфорных батарей:

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

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

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

Типы и разновидности солнечных батарей

Что такое солнечная батарея?

Для получения тепловой и электрической энергии из солнечного излучения используют специальное оборудование, известное как солнечные панели. Иногда их также называют солнечными батареями. По принципу работы они подразделяются на:

  • фотоэлементы
  • тепловые коллекторы

В первом типе, фотоэлементах, световые и инфракрасные лучи сразу превращаются в электричество. Это возможно благодаря полупроводниковым свойствам чистого кремния и некоторых химических соединений. Когда на ячейку солнечной панели попадает свет, возникает разность потенциалов, благодаря p-n перехода создает ток. Небольшой, с одной не более 0,6 В независимо от ее размера. Соединенные последовательно отдельные ячейки дают возможность повысить выходное напряжение. Поэтому они и называются солнечными батареями – то есть рядом одинаковых элементов.

Солнечные коллекторы имеют жидкий теплоноситель, который поглощает инфракрасное излучение, нагревается, расширяется и циркулирует в замкнутой системе. Им могут служить:

  • вода
  • минеральные масла
  • соляные растворы

Теплоноситель или нагревает воду для отопления и бытовых или промышленных нужд, или крутит лопасти турбин, которые вырабатывают электричество.

Разновидности солнечных панелей

Промышленность производит три основных типа солнечных панелей:

  1. монокристаллические
  2. поликристаллические
  3. тонкопленочные

В первых двух используют чистый кремний с напылением легирующих материалов на внешней и токопроводящей основой на тыльной сторонах. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть из аморфного кремния или других полупроводниковых материалов, а также с дополнительным напылением и струмоприймальнимы элементами. Все виды требуют прозрачного внешнего слоя из стекла или полимеров для защиты от влаги и механических повреждений.

Солнечные батареи используют в быту, для промышленного производства электричества и как элементы питания космических аппаратов. Поэтому к ним предъявляются разные требования:

  • Эффективность (КПД)
  • срок службы
  • вес
  • стоимость

Целесообразный для установления тип солнечных панелей в каждом случае выбирают по соотношению этих показателей. Также учитывают:

  1. Температурный коэффициент – зависимость потери мощности от колебаний температур окружающей среды;
  2. Гарантию выработки – со временем мощность снижается, но есть срок, когда эти изменения не превышают 10-15%;
  3. Размер – какую площадь солнечных панелей нужно иметь для производства 1 кВт электроэнергии.

Монокристаллические – самые дорогие, с наибольшим весом, но при этом у них высокий КПД (до 25%), наименьшая площадь для производства 1 кВт (до 8 м²), самый длинный срок службы (20 – 25 лет) с низким потерями мощности от температуры и времени .

Тонкопленочные дешевые и легкие, с немного большей монокристаллы рабочей площади, но гарантийный срок в них не превышает 3 лет и они очень зависимы от погодных условий.

Поликристаллические солнечные панели нуждаются в несколько раз превышающих монокристаллы и пленки площадей для производства 1 кВт, но по другим показателям они не намного уступают монокристаллическим солнечным батареям, и в десятки раз лучше пленочные.

Фотоэлементы для тонкопленочных солнечных батарей производят с использованием:

  • аморфного кремния
  • диселенида индия и меди
  • теллурида кадмия

Для создания p-n переходов полупроводниковые материалы легирующие фосфором, галлием или серой. Как анод используют напыление молибдена, оксиды цинка, олова или галлия. Катодом (токоприемником) служат металлические пластины.

Получить электричество от солнечных батарей коллекторного типа сложнее, но их КПД в земных условиях может достигать 25-35%. Если для отопления и водоснабжения достаточно подогреть теплоноситель до 100 ° С, то для турбин нужна перегретый пар с температурой 350-500 ° С и давлением 15 МПа. Для этого строят «солнечные башни» и размешивают вокруг них зеркала концентрируют отражено солнечные лучи на небольшой площади приемника. Или используют новейшую разработку: параболические концентраторы с двигателем Стирлинга. Они относительно небольшие по размеру и могут двигаться, подставляя отбивные поверхности в наилучшее положение относительно солнца в течение дня.

Использование разных типов солнечных батарей в быту и промышленности

Учитывая все факторы и требования, для обеспечения электричеством отдельных домохозяйств используют монокристаллические или тонкопленочные солнечные батареи. В промышленных солнечных электростанциях целесообразным является установление поликристаллических солнечных панелей. В космосе также пользуются поликристаллическими солнечными панелями, но при этом чистота кремния в них доходит до 99,999%. Их производят по сложной технологии многослойного нанесения, что позволяет превращать в электричество солнечное излучение различной частоты. Это доказывает КПД до невероятных 40%, которые пока невозможно получить в земных условиях.

Производить электричество из света, используя плоские солнечные панели на крупных электростанциях и в домохозяйствах выгодно даже в умеренных широтах. Это доказано опытом Дании и Германии. А в жарких регионах планеты больший потенциал имеют солнечные коллекторы. Они уже работают в Калифорнии(США), Мексике, Испании, Марокко, Египте и других южных странах т.к там наибольшее количество солнечных дней и наибольшие среднегодовые температуры. Кроме того, большинство стран дают возможность продавать излишки энергии по специальным “зеленым тарифам”.

В последнее время появился очень интересный и перспективный гибрид солнечных батарей – Smartflower. Он похож на огромный цветок подсолнечника. Размер лепестков до 10 метров, сервомотор возвращает их по солнцу и регулирует угол наклона. А во время сильного ветра, ночью или в дождь агрегат автоматически составляет рабочие поверхности и опускает их в безопасное положение. Заявленная мощность 3,2 кВт / час, за год можно получить от 3200 до 6400 кВт в зависимости от климата. «Солнечный цветок» уже пользуется массовым спросом в Европе и США.

Всеобъемлющее руководство по типам солнечных панелей

Стремление к возобновляемым источникам энергии привело к резкому увеличению использования солнечной энергии. Только за последнее десятилетие солнечная промышленность выросла почти на 50%, чему способствовала федеральная поддержка, такая как налоговый кредит на инвестиции в солнечную энергетику, и высокий коммерческий и промышленный спрос на экологически чистую энергию.

Поскольку сектор солнечной энергии продолжает развиваться, стоит изучить основу солнечной отрасли: солнечные панели.

В этом руководстве будут показаны различные типы солнечных панелей, доступных сегодня на рынке, их сильные и слабые стороны, а также которые лучше всего подходят для конкретных случаев использования.

Что такое солнечная панель?

Солнечные панели используются для сбора солнечной энергии от солнца и преобразования ее в электричество.

Типичная солнечная панель состоит из отдельных солнечных элементов, каждый из которых состоит из слоев кремния, бора и фосфора. Слой бора обеспечивает положительный заряд, слой фосфора обеспечивает отрицательный заряд, а кремниевая пластина действует как полупроводник.

Когда солнечные фотоны ударяются о поверхность панели, они выбивают электроны из кремниевого «сэндвича» и попадают в электрическое поле, создаваемое солнечными элементами.Это приводит к направленному току, который затем используется для получения полезной мощности.

Весь процесс называется фотоэлектрическим эффектом, поэтому солнечные панели также известны как фотоэлектрические панели или фотоэлектрические панели. Типичная солнечная панель содержит 60, 72 или 90 отдельных солнечных элементов.

4 основных типа солнечных батарей

Сегодня на рынке доступны 4 основных типа солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические, PERC и тонкопленочные панели.

Монокристаллические солнечные панели

Также известные как монокристаллические панели, они сделаны из одного кристалла чистого кремния, разрезанного на несколько пластин. Поскольку они сделаны из чистого кремния, их можно легко определить по их темно-черному цвету. Использование чистого кремния также делает монокристаллические панели наиболее компактными и долговечными среди всех трех типов солнечных панелей.

Однако за это приходится платить — на производство одной монокристаллической ячейки тратится много кремния, иногда превышающее 50%.Это приводит к изрядной цене.

Солнечные панели поликристаллические

Как следует из названия, они сделаны из разных кристаллов кремния, а не из одного. Фрагменты кремния расплавляются и выливаются в квадратную форму. Это делает поликристаллические элементы намного более доступными, поскольку практически отсутствуют потери, и придает им характерную квадратную форму.

Однако это также делает их менее эффективными с точки зрения преобразования энергии и занимаемого пространства, поскольку их чистота кремния и конструкция ниже, чем у монокристаллических панелей.Они также имеют более низкую термостойкость, что означает, что они менее эффективны в высокотемпературных средах.

Панели пассивированного эмиттера и задней ячейки (PERC)

Панели солнечных батарей

PERC являются усовершенствованием традиционных монокристаллических элементов. Эта относительно новая технология добавляет пассивирующий слой на заднюю поверхность элемента, повышающий эффективность несколькими способами:

  • Он отражает свет обратно в элемент, увеличивая количество поглощаемой солнечной радиации.
  • Он снижает естественную тенденцию электронов к рекомбинации и препятствует потоку электронов в системе.
  • Позволяет отражать свет с большей длиной волны. Световые волны с длиной волны более 1180 нм не могут поглощаться кремниевыми пластинами и просто проходят сквозь них, поэтому в конечном итоге они нагревают задний металлический лист элемента и снижают его эффективность. Слой пассивирования отражает эти более высокие длины волн и не дает им нагреть задний лист.

Панели

PERC позволяют лучше собирать солнечную энергию при меньшей занимаемой площади, что делает их идеальными для ограниченного пространства.Они лишь немного дороже в производстве, чем традиционные панели, из-за необходимых дополнительных материалов, но они могут быть изготовлены на том же оборудовании и могут иметь более низкую среднюю стоимость на ватт из-за их эффективности.

Чтобы лучше понять преимущества панелей PERC, ознакомьтесь с нашим блогом. 5 важных преимуществ солнечных панелей PERC, которые вам необходимо знать.

Тонкопленочные солнечные панели

Тонкопленочные панели характеризуются очень тонкими слоями, достаточно тонкими, чтобы быть гибкими.Каждая панель не требует каркасной основы, что делает их легче и проще в установке. В отличие от панелей из кристаллического кремния, которые бывают стандартных размеров с количеством ячеек 60, 72 и 96, тонкопленочные панели могут иметь разные размеры в соответствии с конкретными потребностями. Однако они менее эффективны, чем типичные кремниевые солнечные панели.

Варианты тонкопленочных солнечных панелей

В отличие от кристаллических панелей, в которых используется кремний, тонкопленочные солнечные панели изготавливаются из разных материалов.Это:

  • теллурид кадмия (CdTe)
  • Аморфный кремний (a-Si)
  • Медь селенид галлия индия (CIGS)

теллурид кадмия (CdTe)

CdTe обладает тем же преимуществом низкой стоимости, что и поликристаллические элементы, при этом он имеет самый низкий углеродный след, потребность в воде и срок окупаемости энергии среди всех типов солнечных панелей. Однако из-за токсичности кадмия переработка обходится дороже, чем другие материалы.

Аморфный кремний (a-Si)

Панели из аморфного кремния (A-Si) получили свое название от своей бесформенной природы.В отличие от моно- и поликристаллических солнечных элементов кремний не структурирован на молекулярном уровне.

В среднем элементу a-Si требуется только часть кремния, необходимого для производства типичных кремниевых элементов. Это позволяет им иметь самые низкие производственные затраты за счет эффективности. Вот почему панели a-Si подходят для приложений, требующих очень мало энергии, таких как карманные калькуляторы.

Медь селенид галлия индия (CIGS)

Панели

CIGS используют тонкий слой меди, индия, галлия и селена, нанесенный на стеклянную или пластиковую основу.Комбинация этих элементов обеспечивает наивысшую эффективность среди типов тонких панелей, хотя и не так эффективна, как панели из кристаллического кремния.

Типы солнечных панелей по эффективности

Среди всех типов панелей кристаллические солнечные панели имеют самую высокую эффективность.

  • Монокристаллические панели имеют КПД более 20%.
  • Панели
  • PERC повышают эффективность на 5% за счет пассивирующего слоя.
  • Поликристаллические панели колеблются между 15-17%.

Напротив, тонкопленочные панели обычно на 2-3% менее эффективны, чем кристаллический кремний. В среднем:

  • Панели CIGS имеют диапазон эффективности 13-15%.
  • CdTe колеблется в пределах 9-11%.
  • a-Si имеют самый низкий КПД на уровне 6-8%.
Тип панели КПД
PERC Самый высокий (на 5% больше, чем у монокристаллического)
Монокристаллический 20% и выше
Поликристаллический 15-17%
Селенид галлия, индия, меди (CIGS) 13-15%
Теллурид кадмия (CdTe) 9-11%
Аморфный кремний (a-Si) 6-8%

Типы солнечных панелей по мощности Монокристаллические элементы

обладают наивысшей мощностью благодаря монокристаллической конструкции, которая обеспечивает более высокую выходную мощность в меньшем корпусе.Большинство монокристаллических панелей могут генерировать до 300 Вт мощности.

Последние достижения в солнечной технологии позволили поликристаллическим панелям восполнить пробел. Стандартная поликристаллическая панель с 60 ячейками теперь способна производить от 240 до 300 Вт. Однако монокристаллические панели по-прежнему превосходят поликристаллические с точки зрения мощности на ячейку.

Поскольку тонкопленочные панели не имеют одинаковых размеров, не существует стандартной меры мощности, и емкость одной тонкопленочной панели будет отличаться от другой в зависимости от ее физического размера.Как правило, при одинаковых физических размерах обычные кристаллические панели производят больше энергии, чем тонкопленочные панели того же размера.

Типы солнечных батарей по стоимости

Монокристаллические панели (или модули, как они называются технически) имеют высокую цену из-за энергоемкого и неэффективного производственного процесса с выходом всего 50% на каждый кристалл кремния.

Поликристаллические модули дешевле, потому что они используют кристаллические фрагменты, оставшиеся от монокристаллического производства, что приводит к упрощению производственного процесса и снижению производственных затрат.

Среди тонкопленочных солнечных панелей самыми дорогими являются CIGS, за ним следуют CdTe и аморфный кремний. Помимо более низкой стоимости приобретения, тонкопленочные модули проще устанавливать благодаря их меньшему весу и гибкости, что снижает стоимость рабочей силы.

В то время как общая стоимость жилых систем снизилась более чем на 65% за последнее десятилетие, мягкая стоимость системы фактически выросла с 58% от общей стоимости системы в 2014 году до 65% в 2020 году.

Для получения дополнительной информации о мягких затратах ознакомьтесь с нашей статьей о мягких затратах в солнечной отрасли и о том, что делается для их снижения.

долл. США
Панель (модуль) тип Средняя стоимость ватта
PERC 0,32–0,65 долл. США
Монокристаллический 1–1,50 доллара
Поликристаллический 0,70–1
Селенид галлия, индия, меди (CIGS) 0,60–0,70 долл. США
Теллурид кадмия (CdTe) 0 руб.50–0,60 долл. США
Аморфный кремний (a-Si) 0,43–0,50 долл. США

Обратите внимание, что эти цифры не включают стоимость установки и труда. С учетом трудозатрат и других накладных расходов общая сумма может вырасти до 2,50–3,50 долларов за ватт.

Прочие факторы, которые следует учитывать

Температура

Температура солнечной панели может повлиять на ее способность вырабатывать энергию. Эта потеря мощности отражается через температурный коэффициент, который является мерой уменьшения выходной мощности панели на каждый 1 ° C повышения температуры выше 25 ° C (77 ° F).

Монокристаллические и поликристаллические панели имеют температурный коэффициент от -0,3% / ° C до -0,5% / ° C, тогда как тонкопленочные панели ближе к -0,2% / ° C. Это означает, что тонкопленочные панели могут быть хорошим вариантом для более жарких сред или мест, где в течение года больше солнечного света.

Огнестойкость

Обновленный Международный строительный кодекс 2012 года требует, чтобы солнечные панели соответствовали огнестойкости крыши, на которой они установлены. Это необходимо для того, чтобы модули не ускоряли распространение пламени в случае пожара.(Калифорния идет еще дальше, требуя, чтобы вся фотоэлектрическая система, включая стеллажную систему, имела одинаковый рейтинг пожарной безопасности).

Таким образом, солнечные панели теперь имеют тот же классификационный рейтинг, что и крыши:

Класс A
  • эффективен против сильного огневого испытательного воздействия
  • распространение пламени не должно превышать 6 футов
  • требуется для участков соприкосновения диких земель и городов или районов с высокой интенсивностью пожаров и риском лесных пожаров
Класс B
  • эффективен при умеренном огневом испытании
  • распространение пламени не должно превышать 8 футов
Класс C
  • эффективен против легкого огневого испытательного воздействия
  • распространение пламени не должно превышать 13 футов

Град рейтинг

Солнечные панели также проходят испытания на удар града.

Стандарты UL 1703 и UL 61703 обращаются к градовым бурям путем падения 2-дюймовых твердых стальных сфер на солнечные панели с высоты 51 дюйма и стрельбы 1-дюймовыми ледяными шарами по фотоэлектрическим панелям с помощью пневматической пушки для имитации удара града.

Из-за своей более толстой конструкции кристаллические панели могут выдерживать град на скорости до 50 миль в час, в то время как тонкопленочные солнечные панели имеют более низкий рейтинг из-за их тонкой и гибкой природы.

Рейтинг урагана

Хотя официальной классификации ураганов не существует, Министерство энергетики недавно расширило рекомендуемые проектные спецификации для солнечных панелей, чтобы защитить их от суровых погодных условий.

Новые рекомендации включают:

  • Модули с наивысшим рейтингом ASTM E1830-15 для снеговой и ветровой нагрузки как спереди, так и сзади.
  • Крепежные детали с истинной блокирующей способностью в соответствии со стандартом DIN 65151
  • Применение сквозных болтовых модулей с фиксирующими элементами крепления взамен зажимных элементов
  • Использование трехрамных рельсовых систем для повышения жесткости и устойчивости к скручиванию
  • Трубчатые рамы над открытыми С-образными швеллерами
  • Ограждение по периметру фотоэлектрических систем для уменьшения силы ветра

Светоиндуцированная деградация (LID)

LID — это снижение производительности, которое обычно наблюдается у кристаллических панелей в течение первых нескольких часов пребывания на солнце.Это происходит, когда солнечный свет вступает в реакцию со следами кислорода, оставшимися от производственного процесса, что влияет на структуру кристаллической решетки кремния.

Потери LID напрямую зависят от качества изготовления и могут составлять от 1 до 3%.

Сводка: сравнение типов солнечных панелей
PERC Монокристаллический поликристаллический Тонкопленочная
Первоначальная стоимость Самый высокий Высокая Средний От высшего к низшему:

CIGS

CdTe

а-Si

КПД Самый высокий (на 5% больше, чем у монокристаллического) 20% и выше 15-17% CIGS: 13-15%

CdTe: 9-11%

a-Si: 6-8%

Внешний вид Черный с закругленными краями Черный с закругленными краями Синий с квадратными краями Зависит от тонкопленочного варианта
Преимущества Требует минимум места

Самый эффективный

Максимальная мощность

Менее дорогая альтернатива панелям PERC без пассивирующего слоя Средний вариант по стоимости, эффективности и мощности Самая низкая стоимость Легче в установке
Недостатки Самый дорогой изначально

Некоторые более ранние панели пострадали от деградации, вызванной светом и повышенной температурой

Высокая начальная стоимость

Низкая производительность в производственном процессе

Низкая термостойкость, не подходит для работы в жарких условиях Более короткий срок службы, чем у кристаллических панелей, требует больше места

Наименее эффективный

Итак, какой тип солнечной панели следует использовать?

Поскольку кристаллические и тонкопленочные панели имеют свои плюсы и минусы, выбор солнечной панели в конечном итоге сводится к вашим конкретным свойствам и настройкам условий .

Ограниченное пространство

Тем, кто живет в густонаселенном районе с ограниченным пространством, следует выбирать высокоэффективные монокристаллические модули, чтобы максимально использовать физическое пространство и максимизировать экономию на коммунальных услугах. Если позволяет бюджет, переход на панели из PERC может еще больше снизить затраты на производство энергии в долгосрочной перспективе.

Большая недвижимость

Те, у кого достаточно большая собственность, могут сэкономить на первоначальных затратах, используя поликристаллические солнечные панели, где большая площадь основания может компенсировать более низкую эффективность панели.Однако более крупная занимаемая площадь также может означать дополнительные затраты на рабочую силу, поэтому не обязательно дешевле получить большее количество менее дорогих панелей. Хотя первоначальная стоимость может быть низкой, в конечном итоге она может быть компенсирована снижением эффективности и более высокими эксплуатационными расходами в долгосрочной перспективе.

Что касается тонкопленочных солнечных панелей, они лучше всего подходят для мест, где тяжелая и трудоемкая установка кристаллического кремния невозможна. Такие места могут включать коммерческие здания с ограниченным пространством или тонкими крышами; компактные пространства, такие как транспортные средства для отдыха и гидроциклы; и области, которые требуют гибкой установки вместо жесткой обшивки.

Имейте в виду, что солнечные панели рассчитаны на длительную установку, которая может составлять до 25 лет. Поэтому, какой бы тип вы ни выбрали, обязательно сделайте домашнюю работу, чтобы убедиться, что это лучший вариант для ваших нужд.

Чтобы узнать больше об основах солнечной энергии, подпишитесь на наш блог.

Три типа солнечных батарей

Когда вы думаете об установке солнечных панелей, вы обычно учитываете такие факторы, как стоимость, эстетика и энергоэффективность.Хотя это важные факторы, в солнечных батареях есть фактор, который влияет на все три из них: типы солнечных панелей, которые вы выбираете. Типы солнечных панелей, представленные сегодня на рынке, будут влиять на стоимость установки и производства, а также на то, как панели будут выглядеть на вашей крыше. Это одно из самых важных соображений при установке солнечных батарей.


Есть три типа солнечных панелей, и у каждого есть свои плюсы и минусы. Правильные солнечные панели будут зависеть от вашей конкретной ситуации и того, что, как вы надеетесь, солнечные панели сделают для вас.В этом руководстве мы обсудим типы солнечных панелей, плюсы и минусы каждого типа, а также то, как выбрать лучший тип солнечной панели для вас.

Какие 3 типа солнечных панелей?

Три типа солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные. Каждый из этих типов солнечных элементов сделан уникальным способом и имеет разный эстетический вид. Вот разбивка по каждому типу солнечных батарей.

Монокристаллические солнечные панели

Монокристаллические солнечные панели — это самый старый и наиболее развитый тип солнечных панелей.Эти монокристаллические солнечные панели состоят из примерно 40 монокристаллических солнечных элементов. Эти солнечные элементы сделаны из чистого кремния. В процессе производства (так называемый метод Чохральского) кристалл кремния помещается в чан с расплавленным кремнием. Затем кристалл очень медленно вытягивается из чана, позволяя расплавленному кремнию сформировать вокруг него твердую кристаллическую оболочку, называемую слитком. Затем слиток тонко нарезают на кремниевые пластины. Пластина превращается в элемент, а затем элементы собираются вместе, чтобы сформировать солнечную панель.


Монокристаллические солнечные элементы кажутся черными из-за того, как солнечные лучи взаимодействуют с чистым кремнием. Ячейки черные, но задние листы и рамы могут быть разных цветов и дизайнов. Монокристаллические ячейки имеют форму квадрата со снятыми углами, поэтому между ячейками есть небольшие зазоры.

Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллические солнечные панели — новая разработка, но их популярность и эффективность быстро растут.Как и монокристаллические солнечные панели, поликристаллические элементы сделаны из кремния. Но поликристаллические элементы состоят из расплавленных вместе фрагментов кристалла кремния. В процессе изготовления кристалл кремния помещается в чан с расплавленным кремнием. Вместо того, чтобы вытаскивать его медленно, кристаллу дают возможность фрагментироваться, а затем остыть. Затем, как только новый кристалл охлаждается в своей форме, фрагментированный кремний тонко разрезается на поликристаллические солнечные пластины. Эти пластины собираются вместе, образуя поликристаллическую панель.


Поликристаллические ячейки имеют синий цвет из-за того, как солнечный свет отражается на кристаллах. Солнечный свет отражается от кремниевых фрагментов иначе, чем от чистого кремниевого элемента. Обычно задние рамки и оправы серебряные с поликристаллическим покрытием, но возможны вариации. Форма ячейки — квадрат, между углами ячеек отсутствуют зазоры.

Тонкопленочные солнечные панели

Тонкопленочные солнечные панели — это совершенно новая разработка в индустрии солнечных панелей.Наиболее отличительной особенностью тонкопленочных панелей является то, что они не всегда сделаны из силикона. Они могут быть изготовлены из различных материалов, включая теллурид кадмия (CdTe), аморфный кремний (a-Si) и селенид меди, индия, галлия (CIGS). Эти солнечные элементы создаются путем помещения основного материала между тонкими листами проводящего материала со слоем стекла сверху для защиты. В панелях a-Si действительно используется кремний, но они используют некристаллический кремний и также покрыты стеклом.


Как следует из названия, тонкопленочные панели легко идентифицировать по их тонкому внешнему виду.Эти панели примерно в 350 раз тоньше тех, в которых используются силиконовые пластины. Но тонкопленочные кадры иногда могут быть большими, и это может сделать внешний вид всей солнечной системы сравнимым с монокристаллической или поликристаллической системой. Тонкопленочные элементы могут быть черными или синими в зависимости от материала, из которого они изготовлены.

Монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные

Помимо изготовления и внешнего вида, существуют некоторые различия в том, как работает каждый из типов солнечных элементов.Ключевые категории — эффективность и цена. Вот как каждый тип солнечных панелей показывает эффективность и доступность, а также другие факторы, которые следует учитывать.

КПД

Эффективность — это количество энергии, которое солнечная панель может произвести из количества получаемого ею солнечного света. По сути, эффективность определяет, сколько энергии может производить солнечная панель. Самая эффективная солнечная панель — это монокристаллические солнечные панели. Монокристаллические солнечные панели могут достигать эффективности более 20 процентов.С другой стороны, поликристаллические панели обычно могут достигать эффективности только от 15 до 17 процентов. Этот промежуток между двумя панелями может сократиться в будущем по мере совершенствования технологий для повышения эффективности поликристаллических панелей. Наименее эффективная солнечная панель — это тонкопленочная. Тонкая пленка обычно имеет более низкий КПД и производит меньшую мощность, чем любой из кристаллических вариантов, с КПД всего около 11 процентов. Мощность тонкопленочной панели может быть разной, потому что у нее нет стандартного размера, и некоторые модели могут производить больше энергии, чем другие.

Стоимость

Цена может повлиять на принятие решения о солнечной энергии, и тип солнечных элементов, которые вы выбираете, является одним из факторов, который больше всего влияет на цену. Самые дешевые солнечные панели — это тонкопленочные панели, потому что они могут быть изготовлены с наименьшими затратами. CdTe — самые дешевые солнечные панели на рынке, но CIGS может быть дороже. Тонкопленочные рамы обычно легче, поэтому часто можно сэкономить на монтажных расходах. С другой стороны, монокристаллические солнечные панели сейчас являются самым дорогим вариантом.Производство чистого кремния может быть дорогостоящим, а панели и рамы тяжелые, что приводит к более высоким затратам на установку. Поликристаллические панели были разработаны для уменьшения стоимость солнечных панелей, и они обычно более доступны, чем монокристаллические. Но этот разрыв между монокристаллическими и поликристаллическими панелями может сократиться, поскольку новаторы найдут более эффективные способы производства монокристаллических солнечных элементов.

Другие факторы — температурный коэффициент, градостойкость, огнестойкость, списки UL и IEC и т. Д.

Помимо стоимости и эффективности, при выборе солнечных батарей следует учитывать еще несколько факторов. Одним из факторов является температурный коэффициент. Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели обычно имеют температурный коэффициент от -0,3% / ° C до -0,5% / ° C. Тонкопленочные панели имеют коэффициент ближе к -0,2% / ° C.


Это означает, что при повышении температуры одни типы солнечных панелей будут производить больше энергии, чем другие. Это особенно важно учитывать в таких регионах, как Северная Каролина, где высокие температуры могут быть значительными.


Еще один фактор, который следует учитывать, — это класс огнестойкости, который может варьироваться в зависимости от типа вашей крыши и типа выбранной вами панели. Пожар — не единственное стихийное бедствие, которое может поразить вашу крышу, поэтому вам также следует учитывать рейтинг града. Большинство монокристаллических и поликристаллических панелей могут выдерживать 25-миллиметровое падение со скоростью примерно 50 миль в час, но точный рейтинг может варьироваться и может повлиять на срок службы вашей солнечной системы. Вы также можете рассмотреть возможность поиска технологии солнечных элементов с гетеропереходом (HJT) для вашей системы, которая сочетает в себе пластины монокристаллического кремния с аморфным кремнием.HJT имеет максимальную эффективность с самым низким температурным коэффициентом и без световой деградации (LID). Наконец, вы захотите рассмотреть LID, потому что снижение эффективности может повлиять на количество энергии, которое вы можете произвести.


Все эти факторы учитываются нашими инженерами при проектировании и рекомендуя солнечную фотоэлектрическую систему. Мы смотрим на общий жизненный цикл и эффективность системы не только в идеальных сценариях, но и во всех условиях, которым будет подвергаться ваша солнечная фотоэлектрическая система.


Было бы неплохо иметь базовый понимание того, как работают солнечные панели, но мы понимаем, что выбор правильного типа солнечных панелей может оказаться непростой задачей. Наши специалисты по солнечной энергии в 8MSolar готовы оценить ваши потребности и помочь вам принять лучшее решение, отвечающее вашим уникальным потребностям.

Лучший тип солнечных батарей

Так что лучше: монокристаллические или поликристаллические панели или тонкопленочные панели? Лучший тип солнечных панелей зависит от их назначения и где они будут установлены.Для жилых домов с большой площадью кровли или недвижимости лучшим выбором могут быть поликристаллические панели. Эти панели являются наиболее доступными для больших помещений и обеспечивают достаточную эффективность и мощность. Для жилых домов с меньшим пространством лучшим выбором могут быть монокристаллические солнечные панели. Эти панели хорошо подходят для тех, кто хочет максимизировать свои счета за электроэнергию в небольшом пространстве. Монокристаллические солнечные панели и поликристаллические солнечные панели хорошо подходят для домов и других подобных зданий.Тонкопленочные солнечные панели почти никогда не используются в домах, потому что они менее эффективны. Вместо этого тонкопленочные солнечные панели идеально подходят для коммерческих зданий, которые не могут выдержать дополнительный вес традиционных панелей. Хотя тонкопленочные покрытия менее эффективны, коммерческие крыши имеют больше места, чтобы покрыть большую часть крыши панелями.


Если вы не уверены, какой из типов солнечных панелей лучше всего подойдет для вашего проекта, или вам нужны рекомендации по пониманию технологии солнечных панелей, наши специалисты в 8MSolar может помочь вам выбрать правильные панели для вашего уникального проекта.

Какой из них лучший выбор?

Есть много вещей, которые следует учитывать при установке системы солнечных батарей, одна из которых — какие солнечные панели выбрать.

Большинство солнечных панелей, представленных сегодня на рынке для бытовых солнечных энергетических систем, можно разделить на три категории: монокристаллические солнечные панели, поликристаллические солнечные панели и тонкопленочные солнечные панели.

Каждый из этих типов солнечных элементов приводит к тому, что солнечные панели имеют разные характеристики.Как узнать, какая солнечная панель вам больше всего подходит?

В этой статье мы рассмотрим различия между тремя типами солнечных панелей, чтобы помочь вам решить, какие из них должны быть установлены на вашей крыше.

Основными типами солнечных панелей на рынке являются тонкопленочные, монокристаллические и поликристаллические.

Какие бывают типы солнечных панелей?

Хотя существует множество различных солнечных панелей, большинство из них подойдут к одному из этих трех типов:

  • Монокристаллические солнечные панели
  • Солнечные панели поликристаллические
  • Тонкопленочные солнечные панели

Каждый тип имеет особый набор функций, которые делают их более подходящими для определенных солнечных проектов.Давайте подробнее рассмотрим каждый.

Что такое монокристаллические солнечные панели?

Монокристаллические солнечные панели являются наиболее распространенными для жилых солнечных установок.

Обзор

Плюсы Минусы
Высокая эффективность Более высокая стоимость
Эстетика

Монокристаллические солнечные панели — самые популярные солнечные панели, которые сегодня используются в солнечных установках на крыше.

Одна из причин, по которой люди выбирают монокристаллические солнечные панели, — это их внешний вид. Солнечные элементы в монокристаллических панелях имеют однотонный плоский черный цвет, что делает их популярными среди домовладельцев.

Монокристаллическую панель можно определить по форме кремниевых пластин, которые имеют форму квадратов со срезанными углами.

Строительство

Монокристаллические солнечные панели получили свое название от способа изготовления.Каждый из отдельных солнечных элементов содержит кремниевую пластину, состоящую из монокристалла кремния. Монокристалл формируется с использованием метода Чохральского, в котором «затравочный» кристалл помещается в чан с расплавленным чистым кремнием при высокой температуре.

Затем затравка вытягивается, и вокруг нее образуется расплавленный кремний, образуя один кристалл. Затем большой кристалл, также называемый слитком, разрезается на тонкие пластины, которые используются для изготовления солнечных элементов.

Обычно монокристаллическая панель содержит 60 или 72 солнечных элемента, в зависимости от размера панели.В большинстве жилых помещений используются панели из монокристаллического кремния с 60 ячейками.

Производительность

Монокристаллические солнечные панели обычно имеют самый высокий КПД и мощность среди всех типов солнечных панелей. Эффективность монокристаллических панелей может составлять от 17% до 22%.

Поскольку монокристаллические солнечные элементы состоят из монокристалла кремния, электроны могут легче проходить через элемент, что повышает эффективность фотоэлементов по сравнению с другими типами солнечных панелей.

Более высокая эффективность монокристаллических солнечных панелей означает, что им требуется меньше места для достижения заданной мощности. Таким образом, монокристаллические солнечные панели обычно имеют более высокую выходную мощность, чем поликристаллические или тонкопленочные модули.

Другими словами, вам понадобится меньше монокристаллических солнечных панелей в вашей солнечной энергетической системе, чтобы вырабатывать такое же количество энергии, как, скажем, большее количество поликристаллических солнечных панелей. Это делает монокристаллические солнечные панели идеальными для людей с ограниченным пространством на крыше.

Стоимость

Из-за способа производства монокристаллических панелей они в конечном итоге обходятся дороже, чем другие виды солнечных панелей. Их высокая эффективность и мощность также повышают цену. Большинство солнечных панелей премиум-класса, таких как SunPower X-series и LG NeON, являются монокристаллическими.

По данным Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, монокристаллические солнечные панели продаются примерно на 0,05 доллара за ватт дороже, чем поликристаллические модули. По мере совершенствования солнечных технологий и производства разница в цене между поликристаллическими и монокристаллическими панелями уменьшилась.

Узнайте, сколько будут стоить солнечные батареи для вашего дома

Что такое поликристаллические солнечные панели?

Поликристаллические солнечные панели популярны при проектировании солнечных систем с ограниченным бюджетом.

Обзор

Плюсы Минусы
Низкая стоимость Низкий КПД
Эстетика

Поликристаллические панели, иногда называемые поликристаллическими панелями, популярны среди домовладельцев, которые хотят установить солнечные панели с ограниченным бюджетом.

Обычно у поликристаллических кремниевых солнечных элементов не срезаются углы, поэтому вы не увидите больших белых пятен на передней части панели, которые вы видите на монокристаллических панелях.

Из-за того, как они изготовлены, панели имеют синий цвет, который некоторые считают бельмом на глазу. Производственный процесс также делает их менее эффективными, чем монокристаллические панели.

Строительство

Поликристаллические солнечные элементы производятся как монокристаллические панели — затравочный кристалл помещается в расплавленный кремнезем.Однако вместо того, чтобы вытащить затравочный кристалл кремния, охлаждается весь резервуар с кремнием. Этот процесс охлаждения вызывает образование множества кристаллов.

Множественные кристаллы — это то, что придает панелям голубой мраморный вид. Как и монокристаллические панели, поликристаллические панели будут содержать 60 или 72 ячейки.

Производительность

Множественные кристаллы кремния в каждом солнечном элементе затрудняют прохождение электронов. Эта кристаллическая структура снижает эффективность поликристаллических панелей по сравнению с монокристаллическими панелями. Рейтинг эффективности поликристаллических панелей обычно составляет от 15% до 17%.

Однако, благодаря новым технологиям, поликристаллические панели теперь намного ближе по эффективности к монокристаллическим солнечным панелям, чем это было в прошлом.

Улучшения качества также помогли увеличить мощность стандартных поликристаллических панелей с 60 ячейками с 240 до более 300 Вт.

Стоимость

Поликристаллические солнечные панели дешевле производить, чем монокристаллические панели, что позволило им занять значительную долю рынка жилых установок в период с 2012 по 2016 год.

Но хотя они все еще дешевле монокристаллических панелей, это не намного. Это, а также их более низкая производительность, со временем заставили все больше людей выбирать монокристаллические солнечные панели.

Что такое тонкопленочные солнечные панели?

Несмотря на то, что тонкопленочные солнечные панели являются инновационной технологией, они не лучший вариант для домашних солнечных батарей.

Обзор

Плюсы Минусы
Гибкий и легкий Чрезвычайно низкий КПД
Эстетика Короткая продолжительность жизни

Тонкопленочные солнечные панели полностью отличаются от монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей.

Они сплошного черного цвета, без обычных контуров кремниевых элементов, которые вы видите на лицевой стороне кристаллической солнечной панели. Обычно тонкопленочные солнечные панели легкие и гибкие, что упрощает их установку.

Тонкопленочные солнечные элементы в основном используются в крупномасштабных операциях, таких как коммунальные или промышленные солнечные установки, из-за их более низких показателей эффективности.

Строительство

Тонкопленочные солнечные панели изготавливаются путем нанесения тонкого слоя фотоэлектрического вещества на твердую поверхность, например стекло.Примеры этих фотоэлектрических веществ включают:

  • Аморфный кремний (a-Si)
  • Теллурид кадмия (CdTe)
  • Медь селенид галлия индия (CIGS)
  • Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSC)

Каждый из этих материалов создает разные «типы» солнечных батарей, однако все они относятся к тонкопленочным солнечным элементам.

Из-за производственного процесса панели получаются легкими и, в некоторых случаях, гибкими.Однако это также делает их менее эффективными, чем кристаллические солнечные панели.

Некоторые популярные производители тонкопленочных панелей включают Sanyo, Kaneka и First Solar.

Узнайте, какой тип солнечной панели лучше всего подходит для вашего дома

Производительность

Технология тонких пленок имеет репутацию худшей из технологий солнечных панелей, потому что они имеют самую низкую эффективность.

Еще несколько лет назад эффективность тонких пленок выражалась однозначными цифрами.Исследователи недавно достигли эффективности 23,4% с помощью прототипов тонкопленочных ячеек, но тонкопленочных панелей, которые имеются в продаже, обычно имеют эффективность в диапазоне 10–13%.

Низкий рейтинг эффективности означает, что вам потребуется установить больше тонкопленочных панелей для выработки того же количества электроэнергии, что и моно- или поликристаллические солнечные панели.

Из-за этого тонкопленочные солнечные панели не подходят для жилых помещений, где пространство ограничено.Вместо этого они лучше работают в более крупных установках, таких как промышленные или коммунальные солнечные батареи, потому что для удовлетворения потребностей в энергии можно установить больше панелей.

Тонкопленочные панели также имеют более короткий срок службы, чем другие типы солнечных панелей. Поскольку они быстрее изнашиваются, возможно, вам придется заменять их чаще.

Стоимость

Тонкопленочные солнечные панели имеют самую низкую стоимость из трех типов солнечных панелей из-за их низкой производительности.

Их также проще установить, чем панели из кристаллического кремния, что снижает их цену.Простой процесс установки — еще одна причина, по которой тонкопленочные панели отлично подходят для крупномасштабных коммерческих проектов.

Однако цена на монокристаллические и поликристаллические солнечные панели продолжает дешеветь. Это означает, что более мощная и эффективная монокристаллическая или поликристаллическая система не будет стоить вам намного больше, чем более крупная и менее эффективная тонкопленочная система.

Какая солнечная панель лучше всего подходит для вашего дома?

В общем, тонкопленочные солнечные панели не подходят для жилых солнечных установок.Хотя они дешевле, для них потребуется больше места, и они не будут производить столько электроэнергии, как монокристаллические или поликристаллические панели.

Для большинства солнечных панелей в жилых помещениях наиболее целесообразно установить монокристаллические панели. Хотя вам придется заплатить более высокую цену, вы получите лучшую эффективность и более гладкий эстетический вид, чем при использовании поликристаллических панелей.

Однако, если у вас ограниченный бюджет, поликристаллические панели могут иметь больше смысла для вас.

По нашему скромному мнению, выбор между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными панелями — не самый важный выбор, который вы делаете при покупке солнечных панелей. При выборе солнечных батарей для дома есть две вещи, которые мы считаем более важными, чем тип солнечной батареи:

Выбор хорошей марки солнечных батарей

Хорошая марка солнечных панелей принадлежит компании, которая вкладывает большие средства в качество своего производственного процесса, а также в свою репутацию.

Чтобы узнать, какие бренды возглавят рейтинг в 2021 году, ознакомьтесь с нашим рейтингом лучших солнечных панелей для дома.

Выбор подходящего установщика солнечной энергии

Чрезвычайно важно, чтобы вы выбрали качественную местную компанию по установке солнечных батарей, которая установит для вас солнечную систему.

Сравните цены и репутацию компаний по производству солнечной энергии в вашем районе, чтобы начать поиск подходящих солнечных панелей для вашего дома.

Сколько вы можете сэкономить с солнечной батареей?

Основные выводы

  • Есть три основных типа солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные.
  • Монокристаллические солнечные панели высокоэффективны и имеют элегантный дизайн, но стоят дороже, чем другие солнечные панели.
  • Поликристаллические солнечные панели дешевле монокристаллических, однако они менее эффективны и не так эстетичны.
  • Тонкопленочные солнечные панели являются самыми дешевыми, но имеют самый низкий рейтинг эффективности и требуют много места для удовлетворения ваших потребностей в энергии.
  • Гораздо важнее принять во внимание марку солнечных панелей и того, какой установщик солнечных батарей вы выберете, чем тип солнечных панелей, которые вы должны установить.

Изучение типов солнечных панелей: что подходит именно вам?

Если вы заинтересованы в экономии денег на счетах за электричество и уменьшении воздействия на окружающую среду, возможно, вы рассматриваете домашнюю солнечную систему.Но прежде чем перейти на возобновляемые источники энергии, вам необходимо понять типы солнечных панелей и выбрать наиболее подходящий вариант для вашего дома.

Сегодня на рынке представлено несколько типов солнечных панелей, и тот, который вы используете, может существенно повлиять на эффективность вашей системы. Здесь мы разберем различия в технологии солнечных панелей и объясним плюсы и минусы каждого типа панели.


Каждый продукт, представленный здесь, был выбран автором независимо.Если вы совершите покупку по включенным ссылкам, мы можем получать комиссию.

Что такое солнечные панели?

Прежде чем переходить к различным типам солнечных панелей, может быть полезно рассмотреть базовую компоновку жилой солнечной энергетической системы и, в частности, понять, как работают солнечные панели.

Солнечные батареи укладываются на крышу дома, где их поверхность может собирать солнечный свет. Затем этот солнечный свет преобразуется в энергию, которая может храниться в солнечной батарее или использоваться для непосредственного электроснабжения дома.Хотя выбор лучших солнечных батарей и инверторов важен, эффективность любой домашней солнечной системы во многом будет определяться количеством, расположением и типом используемых солнечных панелей.

Типы солнечных панелей: обзор

Установив в жилых домах солнечную энергию, домовладельцы могут значительно снизить или даже полностью исключить свою зависимость от традиционных коммунальных предприятий. Однако обо всем по порядку: прежде чем вы попрощаетесь с этими ежемесячными счетами за электричество, необходимо сделать правильный выбор в отношении ваших инвестиций в солнечную энергию.И вообще, это начинается с самих панелей.

Итак, какие типы солнечных панелей могут выбрать домовладельцы? Большинство сегодняшних фотоэлектрических (PV) систем солнечных панелей относятся к одной из этих трех категорий: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные солнечные панели.

Монокристаллические солнечные панели: за и против

Большинство домовладельцев считают, что монокристаллические солнечные панели имеют элегантный внешний вид и самые высокие показатели эффективности. По этим причинам они могут быть единственным жизнеспособным вариантом для домовладельцев, у которых меньше крыши и меньше места для панелей.Если вам нужно убедиться, что каждый квадратный дюйм обшивки рассчитан на максимальную мощность, монокристаллическая панель может быть для вас лучшим типом солнечной панели.

Однако, хотя они часто являются наиболее эффективными солнечными панелями, недостатком покупки панелей из монокристаллических кремниевых элементов является то, что они довольно дороги.

Поликристаллические солнечные панели: за и против

Поликристаллические солнечные панели, также иногда называемые поликристаллическими панелями, по сути являются противоположностью монокристаллических.У них обычно более низкие рейтинги эффективности, но они, как правило, намного легче справляются с кошельком.

Хотя им не хватает высокой эффективности монокристаллических солнечных панелей, их низкая стоимость делает их привлекательными для многих экономных домовладельцев. Если вы хотите сэкономить на установке солнечных панелей, поликристаллы могут стать отличным выбором.

Тонкопленочные солнечные панели

Третий вариант — это тонкопленочные солнечные батареи. Обычно они портативные и легкие, гибкие и эстетичные.Однако это не лучшие солнечные панели на рынке. Из трех основных типов солнечных панелей они находятся в конце списка с точки зрения общей эффективности и требуют наибольшей площади поверхности для выработки оптимальной выходной мощности. По этим причинам многие ведущие солнечные компании не предлагают тонкопленочные солнечные панели.

Различные типы солнечных батарей: из чего они сделаны?

Очевидно, что с каждым из типов солнечных панелей связаны разные преимущества и недостатки.Но что придает каждому типу панели уникальные характеристики? Давайте подробнее рассмотрим, из чего они все сделаны.

Сравнение монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей

Эти два типа солнечных панелей можно рассматривать вместе, поскольку они в чем-то похожи по своей структуре. В частности, как монокристаллические солнечные панели, так и поликристаллические солнечные панели собираются из фотоэлектрических элементов, изготовленных из кремния. Силиконовые пластины аккуратно выстраиваются в ряды и столбцы, а затем покрываются слоем стекла, которое защищает их и удерживает на месте.

Что отличает эти два типа солнечных панелей, так это фактический состав кристаллов кремния. Монокристаллические солнечные элементы состоят из фотоэлементов, вырезанных из монокристалла чистого кремния (отсюда и приставка «моно»). Поликристаллические солнечные элементы состоят из множества фрагментов кристаллического кремния, которые плавятся вместе в процессе производства.

А как насчет тонкопленочных солнечных панелей?

Тонкопленочные солнечные панели могут быть изготовлены из самых разных материалов.Наиболее распространенный вариант изготовлен из теллурида кадмия, хотя некоторые из них также сделаны из полупроводника аморфного кремния или селенида меди, индия, галлия (CIGS).

Выбор между различными типами солнечных батарей

В конечном итоге, когда вы будете готовы купить солнечные панели для своей жилой солнечной системы, вам нужно будет рассмотреть, как три типа солнечных панелей работают с точки зрения эстетики, эффективности и стоимости.

Эстетика

Начнем с того, как выглядит каждый из этих типов солнечных панелей?

  • Монокристаллические солнечные панели обычно имеют аккуратно расположенные ряды и столбцы гладких черных элементов.
  • Поликристаллические солнечные панели , как правило, имеют ряды ячеек с более голубоватым оттенком.
  • Тонкопленочные солнечные панели могут быть как черными, так и синими. Они отличаются меньшей толщиной и более низким профилем, но вам потребуется установить их больше, чтобы они соответствовали выходной мощности двух других типов солнечных панелей.

КПД

Три распространенных типа солнечных панелей различаются по мощности, которую они производят.

  • Монокристаллические солнечные панели обычно производят наибольшую мощность и обладают наивысшим уровнем эффективности.Некоторые могут достичь КПД выше 20%. (Это означает, что более 20% солнечного света, падающего на поверхность панели, преобразуется в полезную энергию).
  • Поликристаллические панели обычно немного менее эффективны, часто падая где-то от 15 до 17%.
  • Тонкопленочные солнечные панели — наименее эффективный вариант, часто падающий где-то от 5 до 11%.

Стоимость

Последний фактор, который следует учитывать, — это первоначальная стоимость солнечных панелей.

  • Монокристаллические солнечные панели являются наиболее сложными и сложными в производстве, что означает, что они, как правило, являются самыми дорогими из трех типов солнечных панелей.
  • Поликристаллические солнечные панели можно собрать только из фрагментов кремния, поэтому их проще изготавливать и, следовательно, они довольно доступны.
  • Тонкопленочные солнечные панели могут различаться по стоимости в зависимости от конкретного типа используемого материала, но вы можете ожидать, что они будут дешевле, чем любой из двух других вариантов

Получите бесплатное предложение и посмотрите, сколько вы можете сэкономить

Получение бесплатного предложения и выбор компании для консультации по установке солнечной энергии — отличный способ убедиться, что вы выбираете лучшие солнечные панели для своего дома.Заполните 30-секундную форму ниже, чтобы получить ценовое предложение без обязательств. Вы можете сэкономить до 2500 долларов в год на счетах за коммунальные услуги и получить федеральные налоговые льготы и налоговые льготы штата.

Выбор подходящей панели для солнечной энергии


Установка домашней солнечной системы — один из лучших способов получения чистой возобновляемой энергии. После рассмотрения основных плюсов и минусов солнечной энергии и принятия решения о том, что переход на солнечную энергию — правильный шаг для вас, следующим важным шагом будет выбор правильной технологической установки. Это когда понимание различных типов солнечных панелей становится особенно важным.

Обдумывая свои варианты, убедитесь, что вы делаете покупки, сравниваете разные панели и разговариваете с установщиком солнечных батарей, который поможет вам сузить круг вопросов, какой тип панелей лучше всего подходит для ваших жилищных энергетических потребностей.

Типы фотоэлектрических элементов — Energy Education

Рисунок 1. Солнечная панель, состоящая из множества монокристаллических элементов. [1]

Фотоэлементы или Фотоэлементы могут изготавливаться разными способами и из множества различных материалов.Несмотря на это различие, все они выполняют одну и ту же задачу по сбору солнечной энергии и преобразованию ее в полезное электричество. Наиболее распространенным материалом для изготовления солнечных панелей является кремний, обладающий полупроводниковыми свойствами. [2] Некоторые из этих солнечных элементов необходимы для создания солнечной панели, а многие панели составляют фотоэлектрическую батарею.

Существует три типа технологий фотоэлементов, которые доминируют на мировом рынке: монокристаллический кремний, поликристаллический кремний и тонкопленочные.Фотоэлектрические технологии с более высокой эффективностью, включая арсенид галлия и многопереходные элементы, менее распространены из-за их высокой стоимости, но идеально подходят для использования в концентрированных фотоэлектрических системах и космических приложениях. [3] Существует также ряд новых технологий фотоэлементов, которые включают перовскитные элементы, органические солнечные элементы, сенсибилизированные красителем солнечные элементы и квантовые точки.

Элемент из монокристаллического кремния

Первые коммерчески доступные солнечные элементы были сделаны из монокристаллического кремния, который представляет собой чрезвычайно чистую форму кремния.Для их получения из массы расплавленного кремния вынимается затравочный кристалл, образуя цилиндрический слиток с единой непрерывной структурой кристаллической решетки. Затем этот кристалл механически распиливают на тонкие пластины, полируют и легируют для создания необходимого p-n-перехода. После добавления антибликового покрытия и добавления передних и задних металлических контактов элемент, наконец, соединяется проводом и упаковывается вместе со многими другими элементами в полноценную солнечную панель. [3] Элементы из монокристаллического кремния высокоэффективны, но процесс их изготовления медленный и трудоемкий, что делает их более дорогими, чем их поликристаллические или тонкопленочные аналоги.

Рисунок 2. Изображение сравнения ячейки из поликристаллического кремния (слева) и ячейки из монокристаллического кремния (справа). [4]

Элемент из поликристаллического кремния

Вместо единой однородной кристаллической структуры поликристаллические (или поликристаллические) ячейки содержат множество мелких кристаллов (см. Рисунок 2). Их можно изготовить, просто отлив слиток кубической формы из расплавленного кремния, а затем распилив его и упаковав аналогично монокристаллическим элементам. Другой метод, известный как рост с подачей из пленки по краю (EFG), включает вытягивание тонкой ленты поликристаллического кремния из массы расплавленного кремния.Более дешевая, но менее эффективная альтернатива, фотоэлементы из поликристаллического кремния доминируют на мировом рынке, составляя около 70% мирового производства фотоэлектрических элементов в 2015 году. [3]

Тонкопленочные элементы

Рис. 3. Тонкопленочная солнечная панель, состоящая из некристаллического кремния, нанесенного на гибкий материал. [5]

Хотя на рынке преобладают кристаллические фотоэлементы, они также могут быть изготовлены из тонких пленок, что делает их более гибкими и долговечными. Одним из типов тонкопленочных фотоэлементов является аморфный кремний (a-Si), который получают путем нанесения тонких слоев кремния на стеклянную подложку.В результате получается очень тонкая и гибкая ячейка, в которой используется менее 1% кремния, необходимого для кристаллической ячейки. [3] Из-за сокращения количества сырья и менее энергоемкого производственного процесса производство элементов из аморфного кремния намного дешевле. Однако их эффективность значительно снижается, потому что атомы кремния гораздо менее упорядочены, чем в их кристаллических формах, оставляя «оборванные связи», которые объединяются с другими элементами, делая их электрически неактивными. Эти элементы также страдают от снижения эффективности на 20% в течение первых нескольких месяцев работы перед стабилизацией, и поэтому они продаются с номинальной мощностью, основанной на их пониженной выходной мощности. [3]

Другие типы тонкопленочных элементов включают диселенид галлия, индия, медь (CIGS) и теллурид кадмия , (CdTe). Эти технологии ячеек предлагают более высокую эффективность, чем аморфный кремний, но содержат редкие и токсичные элементы, включая кадмий, который требует дополнительных мер предосторожности во время производства и последующей переработки. [3]

Ячейки высокой эффективности

Были разработаны другие технологии ячеек, которые работают с гораздо более высокой эффективностью, чем упомянутые выше, но их более высокие материальные и производственные затраты в настоящее время препятствуют широкому коммерческому использованию.

Арсенид галлия

Кремний — не единственный материал, подходящий для кристаллических фотоэлементов. Арсенид галлия (GaAs) — альтернативный полупроводник, который хорошо подходит для фотоэлектрических систем. Арсенид галлия имеет кристаллическую структуру, аналогичную монокристаллическому кремнию, но с чередованием атомов галлия и мышьяка.

Рис. 4. Космический аппарат НАСА Juno с многопереходными солнечными элементами из арсенида галлия. [6]

Благодаря более высокому коэффициенту поглощения света и более широкой запрещенной зоне ячейки GaAs намного более эффективны, чем ячейки из кремния.Кроме того, элементы на основе GaAs могут работать при гораздо более высоких температурах без значительного ухудшения характеристик, что делает их пригодными для концентрированной фотовольтаики. Ячейки GaAs производятся путем нанесения слоев галлия и мышьяка на основу из монокристалла GaAs, которая определяет ориентацию роста нового кристалла. Этот процесс делает элементы из GaAs намного дороже кремниевых элементов, что делает их полезными только тогда, когда требуется высокая эффективность, например, в космических приложениях. [3]


Многоканальный

Большинство фотоэлементов, в том числе рассмотренных выше, содержат только один p-n переход полупроводникового материала, который преобразует энергию из одной дискретной части солнечного спектра в полезное электричество.Многопереходные элементы имеют 2 или более переходов, наложенных друг на друга, что позволяет собирать энергию из нескольких частей спектра. Свет, который не поглощается первым слоем, проходит через последующие слои и взаимодействует с ними. Многопереходные элементы производятся так же, как и элементы из арсенида галлия — слои материала медленно осаждаются на монокристаллическую основу, что делает их очень дорогими в производстве и коммерчески жизнеспособными только в концентрированных фотоэлектрических системах и космических приложениях. [3]

Новые клеточные технологии

Электричество можно производить также за счет взаимодействия света со многими другими материалами. Перовскитные солнечные элементы , названные в честь их особой кристаллической структуры, могут быть получены из органических соединений свинца и таких элементов, как хлор, бром или йод. Они относительно дешевы в производстве и могут похвастаться эффективностью, близкой к эффективности коммерчески доступных кремниевых элементов, но в настоящее время они ограничены коротким сроком службы. Органические солнечные элементы состоят из слоев полимеров и могут дешево производиться в больших объемах. Эти элементы могут быть изготовлены в виде полупрозрачной пленки, но имеют относительно низкую эффективность. Сенсибилизированные красителем солнечные элементы могут быть изготовлены с использованием полупроводникового диоксида титана и слоя «сенсибилизирующего» красителя толщиной всего в одну молекулу. Эти элементы обладают скромной эффективностью, но не могут выдерживать яркий солнечный свет без ухудшения качества. Квантовые точки используют нанотехнологии для манипулирования полупроводниковыми материалами в чрезвычайно малых масштабах.«Наночастицы», состоящие всего из 10 000 атомов, могут быть настроены на различные части солнечного спектра в соответствии с их размером и объединены для поглощения энергии в широком диапазоне. Хотя теоретическая эффективность чрезвычайно высока, эффективность лабораторных испытаний все еще очень низка. [3]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

сравниваемых типов солнечных панелей

Монокристаллический кремний

Солнечные панели из монокристаллического кремния являются наиболее распространенным и наиболее эффективным типом солнечных панелей.Монокристаллический кремний получают, беря расплавленную ванну с кремнием, добавляя кристаллическую «затравку» для отверждения кремния в бруски, которые затем разрезают на квадраты или «пластины», составляющие солнечную панель. В результате получается высококачественный кристалл, похожий на кристаллы, используемые в компьютерных микросхемах. Процесс вырезания пластин из одного и того же бруска делает все пластины практически идентичными. Термин «моно» относится к идентичным кристаллическим структурам во всей солнечной панели. Это помогает поддерживать согласованность, что и делает солнечные панели из монокристаллического кремния такими эффективными.

Панели из монокристаллического кремния обычно имеют солнечные элементы, которые не являются идеально квадратными, но имеют срезанные углы, как показано на изображении выше. Эта техника «срезания углов» на самом деле помогает потоку энергии быть еще более эффективным. Электроны движутся по «шинам», которые представляют собой серебряную подкладку, которую вы видите между солнечными элементами / пластинами. За счет уменьшения остроты углов каждого солнечного элемента электроны могут быстрее проходить через панель.

Помимо формы солнечных элементов, вы также должны обратить внимание на их цвет.Чем темнее цвет, тем больше солнечного света привлекают монокристаллические солнечные панели. Конечно, больше солнечного света означает больше энергии. Таким образом, чем темнее цвет, тем эффективнее панель.

Хотя солнечные панели из монокристаллического кремния очень эффективны, за эффективность приходится платить. Как правило, это наиболее дорогие солнечные панели на рынке. Хорошие новости? Цены на солнечную энергию снизились за последние 10 лет, что сделало солнечную энергию более доступной даже для монокристаллических солнечных панелей.Вы можете узнать больше о стоимости солнечной энергии здесь.

Поликристаллический кремний

Поликристаллический кремний похож на монокристаллический кремний, но имеет меньше этапов в процессе разработки. Кристаллы, используемые для отверждения кремния, не имеют такого же уровня качества и не так стабильны, как монокристаллические. Эти поликристаллические солнечные элементы имеют квадратную форму (прямые углы), имеют тенденцию быть немного более синими по цвету и выглядят так, как будто у них внутри блестящее конфетти.Это голубое «конфетти» — кристаллы, используемые для отверждения кремния. Обратной стороной этого типа кристалла является наличие дефектов или «зазоров», где каждый из них встречается или перекрывается. Электроны застревают между кристаллами, из-за чего их эффективность ниже, чем у монокристаллических ячеек. Из-за этого солнечные панели из поликристаллического кремния часто дешевле, но они все же могут производить достаточное количество энергии. Если у вас ограниченный бюджет, отличным вариантом станут панели из поликристаллического силикона.

Существует также особый подтип как монокристаллических, так и поликристаллических солнечных панелей под названием PERC, что означает «Задняя ячейка с пассивным эмиттером». В панелях солнечных батарей из монокристаллического или поликристаллического кремния PERC добавлен дополнительный слой, чтобы уменьшить количество примесей или зазоров в каждой ячейке. Дополнительный слой делает солнечные элементы более эффективными, что означает больше солнечной энергии для вас! Поэтому, если вы хотите приобрести солнечные панели, вы можете подумать о том, чтобы спросить солнечные компании, предоставляют ли они солнечные панели с этим дополнительным слоем.

Какие бывают типы солнечных модулей?

День за днем ​​мы видим заголовки, показывающие рост солнечной фотоэлектрической энергии по всему миру, от Китая до Индии, от Германии до США. Растущий спрос на солнечную энергию способствует прогрессу в исследованиях и разработках солнечных фотоэлектрических технологий. Однако во многих отношениях фундаментальные технологии производства солнечной энергии не сильно изменились с момента появления монокристаллических солнечных панелей в 1950-х годах. Он становится только лучше по мере того, как продолжают развиваться улучшения в эффективности, качестве и универсальности.

Солнечные фотоэлектрические технологии

Монокристаллическая солнечная панель может быть оригинальной солнечной фотоэлектрической технологией, но ей бросают вызов как устоявшаяся, так и появляющаяся новая технология по таким факторам, как цена, эффективность и универсальность. Солнечные фотоэлектрические модули, изготовленные из поликристаллического кремния, а также новые поколения тонкопленочных фотоэлектрических технологий, предоставляют жилым, коммерческим, промышленным и коммунальным клиентам множество вариантов для удовлетворения их потребностей в производстве солнечной энергии.

Разнообразие доступных технологий солнечной энергетики варьируется по шкале эффективности, цены, долговечности и гибкости в зависимости от потребностей вашего проекта. Фотоэлектрическая солнечная технология генерирует энергию, потому что такие вещества, как кремний, генерируют электрический ток, когда они поглощают солнечный свет, в процессе, известном как фотоэлектрический эффект. Как и в случае с полупроводниками, солнечной фотоэлектрической технологии необходим очищенный кремний для достижения максимальной эффективности, а цена производства фотоэлектрических солнечных батарей часто определяется процессом очистки кристаллического кремния.

Панель монокристаллическая

Монокристаллические кремниевые солнечные фотоэлектрические системы: наиболее эффективные

Как правило, солнечные фотоэлектрические панели из монокристаллического кремния являются лучшей технологией для обеспечения эффективности, которая измеряется выходной мощностью в зависимости от размера панели. Но такая эффективность может быть сопряжена с расходами. Лучшая цена — солнечная фотоэлектрическая технология — это поликристаллический кремний, предлагающий уровни эффективности, близкие к монокристаллическим панелям, но в некоторых случаях за половину стоимости.

Монокристаллический солнечный свет получается путем выращивания монокристалла.Поскольку эти кристаллы обычно имеют овальную форму, на монокристаллических панелях вырезаны характерные узоры, которые придают им узнаваемый внешний вид: нарезанные кремниевые ячейки открывают недостающие углы в решетчатой ​​структуре. Кристаллический каркас в монокристалле ровный, дает устойчивый синий цвет без следов зерна, что обеспечивает наилучшую чистоту и высочайший уровень эффективности.

Панель поликристаллическая

Солнечные фотоэлектрические панели из поликристаллического кремния: оптимальное соотношение цены и качества

Поликристаллический солнечный свет производится путем заливки расплавленного кремния в отливку.Однако из-за этого метода строительства кристаллическая структура будет формироваться несовершенно, создавая границы, на которых образование кристаллов нарушается. Это придает поликристаллическому кремнию характерный зернистый вид, так как узор типа драгоценного камня подчеркивает границы в кристалле.

Из-за этих примесей в кристалле поликристаллический кремний менее эффективен по сравнению с монокристаллическим. Однако этот производственный процесс требует меньше энергии и материалов, что дает ему значительное преимущество по стоимости по сравнению с монокристаллическим кремнием.(Поликристаллический и поликристаллический часто являются синонимами, но термин «поликристаллический» часто означает кремний с размером кристаллитов более 1 мм.)

Тонкопленочная установка

Тонкопленочные солнечные фотоэлементы: портативные и легкие

Технология с наименьшей долей рынка — тонкопленочная, но, несмотря на ряд недостатков, она является хорошим вариантом для проектов с меньшими требованиями к мощности, но требует небольшого веса и портативности. Тонкопленочные технологии дали максимальный КПД 20.3%, причем наиболее распространенный материал — аморфный кремний — 12,5%.

Тонкопленочные панели могут быть изготовлены из различных материалов, основными из которых являются аморфный кремний (a-Si), наиболее распространенный тип, теллурид кадмия (CdTe) и селенид галлия-индия (CIS / CIGS). Тонкопленочные элементы могут быть менее дорогими, поскольку это технология, которая все еще развивается. Тонкая пленка может стать двигателем на потребительском рынке, где соображения цены могут сделать ее более конкурентоспособной.

Эффективность солнечных панелей

По данным U.S Министерство энергетики США, поликристаллический кремний занимает лидирующую позицию на рынке с 55% отгрузок фотоэлектрических технологий в 2013 году по сравнению с 36% для монокристаллических. На данный момент исследования позволили получить поликристаллические ячейки с максимальной эффективностью 20,4%, а монокристаллическая технология раздвинула границы на 25%.

Будь то крыша дома или солнечная ферма для подключенного к сети коммунального предприятия, пространство и площадь часто являются ключевыми компонентами любого проекта солнечной энергетики, что часто делает эффективность модуля критическим элементом для разработчиков проектов.Большинство солнечных панелей имеют КПД от 13 до 16%, хотя некоторые высокопроизводительные модельные модули могут достигать процентного значения до 20%.

Для большинства применений моно- или поликристаллическое фотоэлектрическое решение обычно является лучшим вариантом, поскольку эти устоявшиеся технологии обычно обеспечивают правильный баланс цены, эффективности и надежности. Для большинства коммерческих и промышленных целей кристаллический кремний по-прежнему является стандартом и будет использоваться на долгие годы. Компания Vasari Energy обнаружила, что поликристаллический продукт предлагает нашим клиентам желаемое сочетание эффективности, долговечности и цены.

Эту статью написал Сэм Липман, исполнительный вице-президент по развитию бизнеса Vasari Energy