Солнечные панели из кремния: Устройство солнечной батареи. Теория

Солнечные панели из кремния: Устройство солнечной батареи. Теория

Содержание

Устройство солнечной батареи. Теория

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной «рабочей лошадкой» которой также является кремний. В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями. Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе. Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами Si.

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического. В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%. Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению ~30%).

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен. Подобные неидеальности кристаллической структуры (дефекты) приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%. Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Siтак и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

Возникает вопрос – зачем разрабатывать другие типы модулей, если солнечные панели на основе моно- и мультикристаллического кремния уже созданы и показывают неплохие результаты? Очевидный ответ — чтобы добиться еще большего снижения стоимости и улучшения технологичности и эффективности, по сравнению с обычными c-Si и mc-Siсолнечными батареями.

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков. Кемний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн. Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон. Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника. Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si– является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

Исследования СБ на основе теллурида кадмия (CdTe) начались еще в 1970х годах ввиду их потенциального использования в качестве перспективных для космических аппаратов. А первое широкое применение «на земле» подобные СБ нашли в качестве элементов питания карманных микрокалькуляторов.

Данные элементы представляют собой гетероструктуру из тонких слоев p-CdTe / n-CdS (суммарная толщина 2-8 мкм) напыленных на стеклянную подложку (основу). Эффективность современных фотоэлектрических элементов данного типа равняется 15-17%. Основным (и фактически единственным) производителем СБ на основе теллурида кадмия является американская фирма FirstSolar, которая занимает 4-5% всего рынка.

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый метал, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопросутилизации старых изделий. В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре. Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики. Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70х, в настоящее время коммерческий выпуск в боле-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма SolarFrontierKKиз Японии. Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

Несмотря на отсутствие экологически вредных элементов в составе этого соединения, значительному расширению производства данных солнечных модулей в будущем угрожает дефицит индия. Ведутся исследования с целью заменить дорогой In на более дешевые элементы и может быть скоро появятся новые изделия на основе соединения Cu2ZnSn(S,Se)4.

Фотоэлектрические модули на основе аморфного кремния a-Si:H. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть построены также и на основе хорошо известного кремния, если удастся каким-либо образом улучшить его способности к поглощению солнечного света. Применяются две основные методики:

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

— использовать аморфный кремний (a-Si), обладающий гораздо большим коэффициентом поглощения чем обычный кристаллический кремний (с-Si).

По первому пути пошла австралийская фирма CSGSolarLtd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм. По второму – швейцарская OerlikonSolar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%. Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных — наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев:  Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP. Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника. К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.  

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат. Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе, которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.  

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Но есть и новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

 

Трушин М.В. Ph.D

 

 

 

 

Появилась надежда на повышение КПД классических солнечных панелей из кремния

Не секрет, что популярные солнечные панели из кремния имеют ограничение по эффективности преобразования света в электричество. Это связано с тем, что каждый фотон выбивает только один электрон, хотя энергии частицы света может быть достаточно, чтобы выбить два электрона. В свежем исследовании учёные из Массачусетского технологического института показали, что это фундаментальное ограничение может быть обойдено, что открывает путь к солнечным элементам из кремния с существенно более высоким значением КПД.

Возможность фотона выбивать два электрона теоретически была обоснована около 50 лет назад. Но первые удачные эксперименты удалось воспроизвести только 6 лет назад. Тогда в качестве опыта использовалась солнечная ячейка из органических материалов. Было бы заманчиво перейти к более эффективному и распространенному кремнию, с чем учёным удалось справиться только сейчас в ходе выполнения колоссального объёма работ.

В ходе последнего эксперимента удалось создать кремниевую солнечную ячейку, теоретический предел КПД которой был повышен с 29,1 % до 35 %, и это не предел. К сожалению, для этого солнечную ячейку пришлось сделать составной из трёх разных материалов, так что одним монолитным кремнием в данном случае обойтись нельзя. В собранном виде солнечный элемент представляет собой бутерброд из органического материала тетрацена в виде поверхностной плёнки, тончайшей (в несколько атомов) плёнки из оксинитрида гафния и, собственно, кремниевой пластины.

Слой тетрацена абсорбирует высокоэнергетический фотон и преобразует его энергию в два блуждающих возбуждения в слое. Это так называемые квазичастицы экситоны. Процесс разделения известен как синглетное деление экситона. В грубом приближении экситоны ведут себя как электроны, и эти возбуждения можно использовать для генерации электрического тока. Вопрос, как эти возбуждения передать в кремний и дальше?

Два электрона из одного фотона (MIT)

Своеобразным мостиком между поверхностной тетраценовой плёнкой и кремнием стал тончайший слой из оксинитрида гафния. Процессы в этом слое и поверхностные эффекты на кремнии преобразуют экситоны в электроны, а дальше всё идёт по накатанной. В эксперименте удалось показать, что таким образом повышается эффективность солнечной ячейки в синем и зелёном спектрах. По мнению учёных, это не предел повышения эффективности солнечной ячейки из кремния. Но даже для представленной технологии уйдут годы для её коммерческого воплощения.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Изготовление кремниевых солнечных элементов | Avenston

Стандартный тестер состоит из эталонного солнечного элемента и встроенного компьютера, обобщающего полученные при измерении значения и приводящий их к значениям, которые были бы получены при полном соблюдении стандартов измерения. Это только на первый взгляд измерение представляется достаточно простой и тривиальной задачей, но на самом деле, чтобы получить корректные значения, необходимо учесть целый ряд факторов, основными из которых можно выделить следующие:

  • Поскольку вырабатываемый солнечным элементом электрический ток прямо пропорционален интенсивности освещения, при проведении тестирования необходимо добиться стабильности освещенности, её значение должно быть известным и постоянным.
  • Необходимо достичь как можно большей однородности света по всей поверхности тестируемой панели.
  • Спектральное распределение создаваемой освещенности должно максимально точно соответствовать спектральному распределению, характерному для естественного солнечного света.
  • Необходимо определить температуру солнечного элемента и поддерживать её фиксированной на протяжении всего времени тестирования.
  • Потребуется исключить нестабильность напряжения в электрической цепи измерительного комплекса и непосредственно на контактах – падение напряжения существенно влияет на точность проводимых измерений.

Добиться однородности излучения можно, воспользовавшись двумя самыми распространенными способами:

  • Задействовать точечный источник излучения – в этом случае необходимой однородности можно добиться, разнеся тестируемый образец солнечной панели и источник света на значительные расстояния, например, на несколько десятков метров.
  • Воспользоваться специальной оптикой с рассеивающими и отражающими элементами – достаточно сложный в плане практической реализации способ, ведь в этом случае придется постоянно контролировать настройку оборудования, своевременно внося необходимые коррективы. Кроме того, потребуется компенсировать влияние рефлектора (а также и прочих используемых оптических приборов) на спектральное распределение мощности излучения, применив дополнительную фильтрацию.

В первом варианте необходимо часто контролировать и настраивать оборудование, а также компенсировать влияние рефлектора и других оптических элементов на спектральное распределение с помощью дополнительной фильтрации, что приводит к большим трудностям в использовании. Во втором варианте необходимо однородность достигается разнесением источника и тестируемого образа на значительное расстояние. Наиболее распространенными в промышленности являются импульсные тестеры с ксеноновой лампой.

Итак, выше были изложены основы традиционной технологии, разработанной в Украине и внедренной в серийное производство. Это была, наверное наиболее распространенная технология создания кремниевых солнечных элементов с контактами, нанесенными методом трафаретной печати. Как может показаться, процесс производства фотоэлектрических преобразователей достаточно простой по сравнению с изделиями традиционной микроэлектроники. Но это только на первый взгляд. На самом деле в технологии фотоэлементов существует огромное множество трудностей, подводных камней и нюансов.

Солнечные батареи космического и наземного применения

К проблеме освоения энергии солнечного света привлечено в настоящее время внимание специалистов разных научных дисциплин. Особенно большие успехи достигнуты на пути создания полупроводниковых солнечных элементов и батарей различных конструкций. Все больше, легче и мощнее становятся солнечные батареи (СБ) космических аппаратов и станций, все шире их применения на земле, все выше КПД и разнообразнее их свойства.

Развитие теории и опыт прошлых лет позволили описать физические механизмы фотоэффекта, определить источники потерь мощности в ФЭП, объяснить реально полученные КПД и указать пути их повышения. Зонная теория твердых тел в сочетании с термодинамикой системы полупроводник-излучение позволил сделать оптимальный выбор исходного полупроводника, введя понятие и определив значение предельного теоретического КПД. И хотя не всегда удавалось довести уровень знаний к пониманию всех сложных электронных процессов, происходящих в объеме полупроводника или на его поверхности — контактах с воздухом, металлами или другими веществами. Однако, как правило выяснялось, как можно избежать влияния негативных явлений, усилить роль положительных и разработать модели совершенствования.

Необычные эксплуатационные условия (невесомость, глубокий вакуум, контрастные изменения температуры) не позволяют широко использовать в условиях космоса известные на Земле традиционные методы получения электричества. Поэтому основным источником электроэнергии для космических аппаратов являются солнечные батареи. И развитие космической техники требует дальнейшего совершенствования и повышения их технико-экономических показателей. Работа в космосе предъявляет СЕ очень жесткие и порой противоречивые требования. Действительно, поглощая максимум мировой энергии, они не должны перегреваться. В то время как диоды и транзисторы размещаются в герметичных, иногда теплоизолированных приборных отсеках, панели солнечных элементов нагреваются до 80 ° С, когда их освещает Солнце, и остывают до -150 ° С при заходе космических аппаратов в тень Земли. Кроме этого, солнечные батареи должны обладать способностью длительное время противостоять потокам корпускулярного излучения, воздействия частиц высоких энергий и метеоритным потокам.

Но не менее жесткие требования предъявляются к фотоэлектрическим преобразователям эксплуатируемым в наземных условиях. Это связано с растущим спектром применения СБ Украины. Сначала солнечные батареи использовались только в портативной технике, срок службы и энергопотребление которых невелика. Сейчас ФЭП используются как автономные источники питания для систем навигации и связи, систем телекоммуникаций и дополнительные источники электроэнергии, которые работают в часы пиковой нагрузки в электросети. Эти источники энергии должны обладать большой мощностью, большим сроком службы и устойчивостью к климатическим условиям. Сами же ФЭП должны быть недорогими и иметь возможность соединения в большие батареи.

Наибольшее распространение получили кремниевые ФЭП, что связано с хорошо развитой технологией, относительной дешевизной сырья и хорошими параметрами кремния с точки зрения непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую. Основными направлениями улучшения параметров фотоэлектрических преобразователей являются: оптимизация параметров существующих преобразователей, совершенствование технологии изготовления ФЭП с целью снижения материальных и энергетических затрат на их изготовление, применение новых материалов в технологии ФЭП. Об этом и многом другом мы будем писать еще не раз.

Влияние дефектов на количество ФЭП

В полупроводниковых материалах, используемых при производстве фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), сначала имеют место дефекты различного типа, которые зависят в первую очередь от способа и условий получения полупроводника. Активность дефектов определяется их типом, размером поля деформации, взаимодействием дефектов друг с другом и примесями, расположением дефектов по отношению к активным областям ФЭП, типу и особенностями изготовления ФЭП.

Различные термические и механические процессы, которые имеют место на всех этапах изготовления твердотельных ФЭП, могут приводить к появлению новых структурных дефектов, а также дополнительных примесей в обрабатываемом материале. Кроме того, в ходе проведения технологических операций возможны изменения природы существующих дефектов и развитие новых дефектов. Дефектообразования на каждой стадии технологического процесса сильно зависит от предыдущих операций и режимов проведения дальнейших операций.

Структурные дефекты существенно влияют на продолжительность жизни носителей заряда и удельное сопротивление материала, что приводит в результате к изменению вольтамперных характеристик ФЭП. Дефекты вызывают увеличение токов утечек, приводят к появлению локального пробоя p-n перехода, неоднородности фронта диффузии примесей, обрыва металлизации, проколов оксида, в свою очередь приводит к деградации ФЭП, а также снижение процента выхода годных изделий и их надежности.

Дефекты конструкции кремниевых ФЭП

К выходным дефектам структуры фотоэлектрических преобразователей относятся агломераты точечных дефектов, дислокации и их скопления, планарные дефекты типа двойников, дефекты упаковки, границы зерен, а также преципитаты и микродефекты, которые расположены внутри зерен, макродефектов материала и т.п. Отклонение в ходе проведения технологических операций, загрязнение поверхности и объема полупроводникового материала, жидких и газообразных технологических сред, термические и механические процессы также приводят к появлению и развитию дефектов, связанных с несовершенством конструкции ФЭП.

При исследовании образцов были обнаружены следующие виды конструктивных дефектов кремниевых ФЭП: дефекты структуры и загрязнения поверхности кремниевых пластин, дефекты структуры антиотражающего покрытия (АОП), неравномерность глубины залегания тыльной изотипных переходов, механические сколы по периметру пластин, дефекты контактной металлизации.

Остатки нарушенного слоя кремния приводят к увеличению скорости поверхностной рекомбинации и уменьшения спектрального отклика ФЭП. Неравномерность высоты пирамид текстуры может быть причиной неравномерности толщины АОП и, соответственно, увеличения интегрального коэффициента оптического отражения от поверхности ФЭП. Наличие на поверхности пластин частиц металла и других загрязнений приводит к шунтированию эмиттерного перехода.

Трещины и поры в АОП возникают при высокотемпературной обработки пластин вследствие различия коэффициентов термического расширения материала покрытия и кремния. Эти дефекты приводят к уменьшению оптического коэффициента пропускания АОП и увеличения оптических потерь.

Неравномерность глубины залегания тыльной изотипного перехода возможно при неоптимальных или нестабильных режимах нанесения и вжигания алюминия на тыльной поверхности ФЭП. Уменьшение глубины тыльной изотипного перехода приводит к росту скорости рекомбинации на тыльной поверхности пластины и снижения напряжения холостого хода прибора.

Механические сколы появляются при контактах пластин с технологическим оснащением, пинцетами и т.п., а также в результате неаккуратных манипуляций с пластинами. Механические с тех пор являются причиной образования в пластинах микротрещин, которые приводят к существенной деградации электрических параметров ФЭП.

К дефектам контактной металлизации относятся:

  • разрывы и неравномерность ширины серебряной контактной шины, появление белых участков и отклонения геометрии рисунка металлизации вследствие дефектов трафарета при нанесении контактов методом трафаретной печати;
  • неравномерность толщины металлизации;
  • отсутствие адгезии лицевой или тыльной контактной металлизации в результате отклонения от оптимальных режимов вжигания и загрязнений на поверхности пластин
  • отслаивание и отпадение алюминиевой металлизации из-за разницы коэффициентов термического расширения кремния и алюминия.

Дефекты контактной металлизации приводят к возникновению механических напряжений пластин, уменьшение плотности тока короткого замыкания и невозможности соединения ФЭП в модуле для получения заданных значений тока и напряжения в рабочей точке.

Снижение потерь энергии в ФЭП наземного применения

Для снижения оптических потерь, связанных с неполным использованием падающего на поверхность фотоэлектрического преобразователя излучения, в настоящее время наиболее широко применяются следующие методы:

  • структурирования поверхности приводит к снижению интегрального коэффициента отражения ФЭП;
  • нанесение на поверхность ФЭП одно- или двухслойного антиотражающего покрытия;
  • уменьшение площади контактов на лицевой поверхности для снижения потерь на затенение;
  • нанесение на тыльную поверхность ФЭП металлического слоя увеличивает эффективность поглощения длинноволнового излучения за счет его многократного прохождения через объем полупроводника;
  • уменьшение глубины эмиттерного перехода и снижение концентрации легирующей примеси вблизи лицевой поверхности для повышения чувствительности ФЭП в коротковолновой части спектра.

Электрические потери энергии обычно уменьшаются с помощью следующих методов:

  • выбор оптимального шага и толщины контактных шин на лицевой поверхности для снижения последовательного сопротивления ФЭП;
  • использование гетерирующих обработок, увеличивают время жизни неосновных носителей заряда;
  • пассивация лицевой поверхности для снижения скорости поверхностной рекомбинации;
  • пассивация тыльной поверхности и создания изотипних перехода;
  • минимизация площади контактов и дополнительное легирование приконтактных областей для уменьшения рекомбинационных потерь на границе раздела металл-полупроводник.

Ниже вы можете ознакомиться с наглядным графиком, который иллюстрирует последние достижения по эффективности фотоэлектрических преобразователей, изготовленных по различным технологиям.

Аморфные модули

Тонкопленочные технологии часто рассматривают как будущее фотоэлектрической энергетики, несмотря на то, что в настоящее время около 83% всех производимых в мире солнечных модулей – кристаллические. Тем не менее, технологии тонкопленочных модулей развиваются очень быстро, причем в нескольких направлениях. Самая первая технология тонкопленочных модулей, которая получила коммерческое распространение – пленка из аморфного кремния. Сейчас уже разработаны модули 3 поколения. Первое поколение с однопереходными солнечными элементами имело малый срок службы (до 10 лет) и КПД 4-5%. Второе поколение также имело однопереходные элементы, но их срок службы уже практически сравнялся со сроком службы кристаллических элементов, а КПД составлял 6-8%. К третьему поколению можно отнести наиболее современные многопереходные тонкопленочные элементы, которые позволяют достичь еще большего КПД (до 12%) при длительном сроке службы. Именно такие фотоэлектрические микроморфные тандемные солнечные модули мощностью 120Вт у нас есть в продаже.

Также, существуют гибридные аморфно-кристаллические модули, которые позволяют комбинировать преимущества как аморфных, так и кристаллических модулей. В России такие многопереходные гетероструктурные модули производит компания Hevel Solar. Однако на настоящий момент такие модули дороги и их практически нет в свободной продаже.

Если вы интересуетесь тонкоплёночными модулями (например, вас привлекают их достоинства, перечисленные ниже), то в настоящее время имеет смысл обратить внимание на модули из аморфного кремния третьего поколения. Такие модули в производстве должны быть  дешевле, чем кристаллические той же мощности, т.к. при производстве тонкоплёночных модулей расходуется примерно в 10 раз меньше кремния, чем для кристаллического. Однако рыночная ситуация сейчас (в 2017 году)  такова, что ввиду закрытия большинства производств по изготовлению тонкоплёночных модулей из аморфного кремния, они зачастую за ватт продаются дороже, чем обычные кристаллические солнечные панели.

Объёмы производства тонкоплёночных кремниевых модулей сейчас составляют несколько процентов от общего объёма рынка солнечных панелей.

Преимущества аморфных модулей

Фотоэлектрические модули из аморфного кремния имеют ряд преимуществ по сравнению с моно- и поликристаллическими панелями, а именно:

  1. лучшая работа при повышении температуры. Фотоэлектрические модули из тонкой пленки аморфного кремния в течение теплого периода года производят больше электрической энергии, в то время как кристаллические модули по мере повышения температуры снижают свою эффективность. Тонкопленочные солнечные модули меньше подвержены снижению мощности при нагреве, при котором кристаллические модули теряют 15-20% мощности.
  2. бОльшая выработка при низкой освещенности и при рассеянном свете. Модули из аморфного кремния могут работать при освещенностях, при которых кристаллические модули уже прекращают генерацию энергии, поэтому при слабом и рассеянном солнечном свете работа фотоэлектрических модулей из аморфного кремния намного лучше, чем моно- и поликристаллических кремниевых панелей. В пасмурную и дождливую погоду тонкопленочные солнечные батареи генерируют на 10-20% больше энергии, чем кристаллические панели.
  3. возможность незаметной интеграции в здание (замена окон, остекление стен, и т.п.)
  4. меньшая вероятность производственных дефектов. Поскольку процесс производства аморфных модулей более прост, то в продукции значительно меньше дефектов. При производстве кристаллических солнечных модулей используется пайка для электрического соединения солнечных элементов между собой. Это было и остается слабым местом, где традиционные модули испытывают много гарантийных проблем. Совсем по-другому обстоит дело с тонкопленочными солнечными модулями – модуль формируется сразу практически любых размеров, пайка отдельных солнечных элементов не требуется.
  5. меньшая потеря мощности при частичном затенении. Кристаллические кремниевые модули теряют 25% и более процентов своей производительности при даже незначительном затенении или грязи на модулях. Тонкопленочные модули уменьшают выработку совсем незначительно, что в результате приводит к реально лучшей производительности в течение всего срока службы модулей (примечание – падение выработки тонкопленочных модулей зависит от того, как затеняется модуль – по длине или ширине).

Недостаток у аморфных модулей один, но зачастую он перекрывает их достоинства – примерно в 2 меньший КПД по сравнению с поликристаллическими модулями. Однако, это правильно для стандартных условий измерения – яркий и прямой солнечный свет и при температуре модуля 25°C. В реальных условиях это различие в КПД хоть ненамного, но уменьшается.

Фасад с интегрированными тонкопленочными солнечными модулями

В качестве подложки для аморфных модулей можно использовать как стекло, так и другие гибкие прозрачные материалы. Есть модули на гибкой основе, которые используются в качестве гибкой черепицы, есть модули, которые можно скатывать в рулоны для транспортировки, есть интегрированные в различные бытовые предметы – одежду, сумки, головные уборы и т.п. Однако в большинстве случаев используются модули на стекле, причем для защиты задней стороны модулей также применяют стекло. Это ведет ко второму существенному недостатку аморфных модулей – большему весу за счет применения двойного стекла (как известно, у кристаллических модулей с задней стороны обычно используется защитная пленка.

Область применения аморфных модулей

Аморфные модули рекомендуется применять в следующих случаях:

  • в регионах с обычно облачной погодой (рассеянный или отраженный свет)
  • в жарком климате, когда модули обычно нагреваются более 50-60 градусов
  • если нет ограничений по площади и максимальному весу солнечной батареи
  • если нужно интегрировать фотоэлектрические модули в здание – аморфные модули практически невозможно отличить от тонированного стекла. В отличие от традиционных кристаллических, тонкопленочные модули могут быть использованы для различных дизайнерских и конструкторских решений. В дополнение к традиционной установке на крыше, прочные, стильные и изящные фотоэлектрические модули из аморфного кремния широко применяются для отделки фасадов зданий как отдельные элементы, архитектурные композиции и решения, что до последнего времени считалось невозможным.
  • если нужна частичная прозрачность модулей – аморфные модули можно делать с прозрачностью от 5 до 20% (с соответствующим уменьшением вырабатываемой мощности).

Современные аморфные модули имеют такую же деградацию, как и кристаллические модули. Производитель дает гарантию на то, что мощность модулей снизится не более 10% от номинальной за 10 лет эксплуатации, и не более 20% – за 25 лет эксплуатации. Это соответствует деградации и гарантиям на модули из кристаллического кремния.

Как упоминалось выше, тонкоплёночные модули вырабатывают больше энергии на ватт установленной мощности. Это подтверждается многолетними испытаниями солнечных модулей различного типа в Институте Высоких Температур (ИВТАН) в Москве. Результаты испытаний показывают, что на кВт установленной мощности тонкоплёночные модули в условиях Москвы вырабатывают 726 кВт*ч/кВт/год, в то время как обычные монокристаллические модули – около 690 Вт*ч/кВт/год.

Год Месяц года среднесуточный уровень инсоляции, Вт/м² TSM210SB* TSMC140 TCM200 MSW180 Canadian Solar 210Вт ELPS* GET AT2** MLT 265
2015 11 21,7 11,4 14,2 11,8 11,7 11,2 12,6 12,1
2015 12 10,9 4,6 6,6 5,1 6,1 4,6 5,5 5,2
2016 2 40,9 12,9 13,0 12,1 13,3 12,7 12,5 12,5
2016 3 108,8 61,9 55,8 68,5 68,0 66,3 66,8 55,4
2016 4 128,7 82,1 79,7 80,6 66,4 84,0 82,4 66,1
2016 5 172,1 110,6 100,1 108,8 57,8 112,2 114,0 106,8
2016 6 182,7 117,2 113,0 112,9 108,9 116,7 119,5 113,4
2016 7 172,5 115,1 112,9 108,0 106,2 111,6 116,1 108,7
2016 8 177,1 109,6 107,0 107,2 104,3 109,3 115,5 55,1
2016 9 75,8 46,8 46,8 45,1 46,0 46,3 47,4 30,9
2016 10 38,3 24,0 24,4 23,4 24,4 23,7 23,2 23,6
2016 11 23,0 10,4 12,4 10,5 9,9 8,9 10,3 10,6
ИТОГО, кВтч/кВт     706,821 685,841 693,9975 623,045 707,50095 725,8357 600,3249

*В модуле Телеком-СТВ TSM210SB используются высокоэффективные солнечные элементы SunPower. В солнечном модуле Canadian Solar также применены высокоэффективные солнечные элементы, сделанные по проприетарной технологии ELPS
**GET AT2 – тонкопленочный модуль из аморфного кремния, второго поколения (см. выше).

“Ваш Солнечный Дом” всегда предлагает своим клиентам несколько вариантов решения задачи электроснабжения от солнечных батарей. Применение аморфных тонкопленочных фотоэлектрических модулей в некоторых случаях может более оптимально и эффективно решить поставленную задачу. Наши специалисты после изучения вашей проблемы всегда помогут сделать вам правильный выбор оборудования.

См. также про Сравнение тонкопленочных и кристаллических фотоэлектрических модулей

В настоящее время мы предлагаем аморфные тандемные тонкопленочные модули треьего поколения одного из ведущих мировых производителей – компании Tianwei

Эта статья прочитана 15133 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 10000

    Правильный выбор солнечной батареи для сетевого инвертора Правильная и эффективная работа солнечного инвертора определяет эффективность работы всей солнечной энергосистемы, потому что именно инвертор преобразует постоянный ток от солнечных батарей в переменный ток, потребляемый нагрузкой. Нас часто спрашивают, как должны соотноситься…

  • 10000

    Фотоэлектрические модули Canadian Solar International Canadian Solar Inc. (NASDAQ: CSIQ) входит в первую десятку  крупнейших производителей фотоэлектрических модулей и элементов в мире. Компания имеет полный цикл производства — выращивание кремниевых слитков, производство пластин и солнечных элементов, солнечных модулей, а также…

  • 10000

    Тестирование параметров солнечных батарей Что такое STC и PTC? Как оценить и сравнить параметры солнечных батарей При выборе солнечных модулей очень важно понимать параметры, которыми описывается модуль — мощность, напряжения, токи в различных режимах. Но не менее важно знать, при…

  • 53

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

  • 50

    Раздел «Основы — Солнечная энергетика» Разделы «Фотоэлектричество» и «Солнечные батареи» Раздел «Библиотека — про солнце» См. также полную карту нашего сайта со списком всех статей.  

Аморфный кремний и солнечные батареи ☀️ SUNSAY Energy

Известно, что солнечные батареи бывают трех видов: монокристаллические, поликристаллические и гибкие (аморфные). Если первые два типа занимают основную долю рынка солнечной энергетики, то гибкие пока не так широко распространены. Однако главный элемент гнущихся модулей — аморфный кремний и совершенствование технологии производства, свидетельствуют о том, что гибкие солнечные батареи могут составить серьезную конкуренцию своим кристаллическим собратьям.

Кремний кремнию рознь

При производстве всех типов фотоэлектрических модулей, используется кремний. Он обладает высоким уровнем реактивности и выполняет функции проводника.  Не смотря на широкую распространенность кремния в недрах земли, его редко встретишь в чистом виде. Чаще всего химический элемент добывают в соединении с кислородом — кремнегезом (SIO2) и в дальнейшем очищают. От чистоты материала будет зависеть насколько эффективной будет солнечная батарея. Украина, кстати, имеет отличный опыт в данном процессе, поскольку наша страна была основным регионом выпуска высокочистого кремния на протяжении 30 лет. Так что можем не только двунаправленные счетчики производить, но и конкурентноспособные солнечные модули.

У всех трех типов модулей технология очистки разная. Именно она определяет, к какой категории будет относится будущий фотоэлемент. Невзирая на существующие различия в производстве, у монокристаллических и поликристаллических батарей все же есть общая черта. Для их изготовления очищенный кремний кристаллизуют. В случае гибких панелей, используют не кристаллическую, порошкообразную форму химического элемента — аморфный кремний, который наносят на солнечные батареи посредством напыления. 

Три поколения аморфных модулей

Пассивное применение пленочных фотоэлектрических модулей, не стало причиной для отмены процессов их модификации. Наоборот, аморфные модули стремительно совершенствуются и уже насчитывается 3 поколения батарей.

Первое поколение. К нему относится пионер технологии — однопереходная солнечная панель. У нее небольшой срок эксплуатации — не больше 10 лет и 5% уровень производительности. 

Второе поколение. Все та же однопереходная солнечная панель только с увеличенным КПД до 8%.

Третье поколение. Самые высокоэффективные тонкопленочные солнечные модули. У них срок эксплуатации больше 10 лет и уровень производительности достигает 12%.

В чем революционность

Известно, что специалисты в сфере солнечной энергетики пытаются добиться максимальной производительности СЭС при разных уровнях инсоляции. Ведь  монокристаллические и поликристаллические модули одинаково не любят переизбыток и недостаток солнечного света. В свою очередь, аморфные фотоэлектрические модули наделены рядом преимуществ, которые могут справиться с недостатками кристаллических панелей.

  1. Поглощение рассеянного света. Эти панели не требуют прямого попадания солнечных лучей на их поверхность. Они генерируют энергию при повышенной облачности без потери мощностей. Из этого следует, что аморфные модули, в отличии от кристаллических, могут быть применимы в регионах, где преобладает пасмурная погода

  2. Не перегреваются. Аморфные панели могут работать в условиях жаркого климата без снижения уровня КПД. Кристаллические модули при перегреве снижают генерацию.

  3. Более практичны. Из-за пленочной структуры, панели легче и удобнее транспортировать, и проще устанавливать на несущих конструкциях. Более того, им не требуется сложный монтаж и можно наносить даже на фасад и окна здания.

  4. Меньше брака. Технология спаивания кристаллических панелей между собой, повышает риск возникновения брака. Аморфные батареи изготавливают намного проще, поэтому у них меньше производственных дефектов.

  5. Не боятся затенения. Возможность поглощения рассеянного света, позволяет батареям работать в условиях частичного или временного затенения, без потери мощностей.

Области применения

Из-за низкого КПД промышленные солнечные станции не заинтересованы в применении пленочных модулей. Однако их гибкая структура позволяет солнечной энергетике выйти за рамки традиционного существования и интегрироваться во многие сферы деятельности человека. Поскольку данные панели можно наносить не только на дома, а на любую материю. Поэтому модули могут быть применимы в следующих отраслях:

  1. Одежда. Можно наносить фотомодули на одежду, сумки или зонтики.

  2. Автомобилестроение. Наличие аморфной панели на крыше электрокара быстро решит проблему с его подзарядкой

  3. Дизайн. Фотомодули можно стильно интегрировать в фасады и окна любого здания.

Вывод

На данный момент, во всей солнечной энергетике, аморфные солнечные модули развиваются наиболее активно. Более экономная технология очистки кремния и практичность применения батарей, стимулируют рост инвестиций в их модификацию. Перспективность использования аморфных батарей очевидна, поскольку они могут существенно расширить возможности солнечных панелей. Пока возобновляемая энергетика напрямую зависит от уровня выработки электричества, пленочные батареи не могут конкурировать с кристаллическими. Однако скорость модификации аморфных панелей, указывает а то, что это только вопрос времени. 

Солнечные элементы. Виды и работа. Применение и особенности

Фотогальванические полупроводниковые фотоэлементы преобразуют энергию электромагнитного излучения в электрическую. По принципу действия они являются фотодиодами, не требующими приложения внешнего напряжения, и создающими электродвижущую силу самостоятельно.

Первые такие элементы были разработаны в 1926 году, в качестве полупроводникового материала использовалась закись меди. Далее были разработаны селеновые фотоэлементы. В 1958 году в США и СССР были запущены спутники с использованием солнечных батарей.

В настоящее время используются в основном кремниевые фотоэлементы, преобразующие энергию солнечных лучей, и называются подобные ячейки обычно солнечными элементами. Полупроводниковый кремний широко распространен на земле в виде диоксида кремния (обычного песка, или кремнезема).

Путем последовательного и параллельного соединения элементов создаются солнечные батареи мощностью до нескольких киловатт.

Виды солнечных элементов

Кремниевые солнечные элементы выпускаются 4 видов:

  • Поликристаллические.
  • Монокристаллические.
  • Тонкопленочные.
  • Гибридные.

Все эти виды солнечных элементов производятся по разным технологиям.

Производство солнечных элементов

Для производства поликристаллических элементов прежде всего, путем медленного охлаждения расплава кремния, выращиваются призматические заготовки квадратного сечения, разрезаемые далее на тонкие квадратные пластинки. Поверхность ячеек темного (черного) оттенка с неоднородной структурой.

Неоднородность вызывается тем, что заготовка не представляет собой единого кристалла, а состоит из большого количества кристалликов случайной ориентации.

Выращивание поликристаллов требует меньших затрат, чем производство монокристаллов, что удешевляет поликристаллические солнечные элементы в сравнении с другими типами.

Монокристаллические солнечные элементы производятся из монокристаллов кремния высокой чистоты с не более чем 0,01% примесей, и они отличаются более высокой стоимостью и эксплуатационными характеристиками, чем поликристаллические элементы.

Монокристаллы кремния выращиваются при температуре 1300 °С в виде призмы с поперечным сечением в виде многоугольника, соответственно ячейки этого типа имеют форму квадрата со скошенными углами, либо многоугольника. Монокристалличность заготовки определяет однородный характер поверхности элементов. Самый верхний слой ячейки выполнен из антиотражающего материала, придающего элементу яркий синий цвет.

Тонкопленочные солнечные элементы называют также «гибкими панелями». Производятся подобные ячейки напылением в вакууме при температуре 300 °С полупроводникового аморфного кремния на тонкую гибкую подложку из стекла, пластика или металла. Кристаллы кремния при этом осаждаются на подложке неравномерно и направлены своими осями в разные стороны случайным образом.

Как альтернатива, взамен кремния напыляются теллурид кадмия или селенид меди-индия. Слой полупроводникового материала покрывается сверху защитной пленкой. Технологии производства подобных элементов непрерывно совершенствуются. Тонкопленочные солнечные элементы отличаются минимальной толщиной (около 1 мкм) и малыми затратами на изготовление.

При производстве гибридных солнечных элементов над кристаллическим полупроводниковым материалом располагается тонкий слой аморфного полупроводника.

Принцип действия солнечных элементов

В основе работы фотоэлементов лежит давно открытое явление фотоэффекта – испускания веществом электронов под действием света или любого другого электромагнитного изучения.

Солнечный элемент представляет собой p-n переход, это по сути два соприкасающихся полупроводника разной проводимости с разделяющим слоем между ними. В p-полупроводнике электронов недостаток, а в n-полупроводнике напротив, избыток. В сторону источника излучения направлен n-полупроводник (внешний электрод), он располагается на подложке поверх p-полупроводника (внутреннего электрода). При попадании на элемент солнечных лучей электроны n-полупроводника выбиваются с атомных орбит и переходят в лежащий ниже p-полупроводник. Образуется направленный поток электронов, который можно замкнуть на внешнюю нагрузку с протеканием в ней непрерывного электрического тока.

Такой элемент является некоторым аналогом батареи с катодом (отводом от n-полупроводника) и анодом (отводом от p-полупроводника). Отрицательным полюсом этой «батареи» является внешний электрод (сетка поверх n-полупроводника), а положительным – внутренний (подложка с нанесенным p-полупроводником).

Солнечные элементы как источники питания

Освещенный светом солнечный элемент создает на своих выводах некоторую электродвижущую силу (ЭДС), значение которой зависит от интенсивности падающего на ячейку света. С увеличением освещенности ЭДС возрастает, но лишь до определенного предела (для кремниевых элементов до 0,6 В), т.е. зависимость ЭДС от освещенности нелинейная. От размеров элементов ЭДС не зависит, но она снижается примерно на 2 мВ при нагреве элемента на 1 С.

Для получения более высокой ЭДС устройства соединяют последовательно. Отдаваемый элементом ток зависит от вида элемента и падающего светового потока, в свою очередь определяемого освещенностью и площадью ячейки. Элемент с коэффициентом полезного действия (КПД) 17% размером 156 х 156 мм выдает при коротком замыкании ток 9 А. Максимальную мощность элемент выдает при просадке напряжения под нагрузкой до 0,47-0,5 В, такой режим работы элемента наиболее оптимален. Поскольку площадь ячейки ограничивается технологией изготовления (ячейка – поперечный срез кристалла ограниченных размеров), для повышения отдаваемой мощности отдельные элементы соединяют также и параллельно.

При подключении к элементу или батарее нагрузки напряжение падает, а поскольку оно зависит и от высоты солнца, состояния неба и атмосферы (в пасмурную погоду мощность световых панелей падает в 15-20 раз), солнечные электростанции снабжаются автоматическими регуляторами и буферными аккумуляторами, сглаживающими пики потребления электроэнергии и изменения интенсивности падающего светового потока.

Особенности солнечных элементов разных видов

Солнечным элементам свойственны как общие свойства, так и отличные в зависимости от их вида и технологии изготовления.

Поликристаллические солнечные элементы

Поскольку в элементах этого типа кристаллики кремния ориентированы случайно, их эффективность снижается при прямом падении солнечного света, но, в порядке некоторой компенсации, снижается незначительно при наклонном падении света. Их характеристики незначительно зависят от угловой высоты солнца и его положения на небосводе. КПД таких элементов невысок и составляет 17-20%.

Монокристаллические солнечные элементы

КПД монокристаллических элементов выше КПД поликристаллических элементов и доходит до 25%, и даже до 44% в элементах, предназначенных для космической отрасли. Эти элементы более критичны к углу падения солнечных лучей, и их целесообразно ориентировать на Солнце с изменением положения в течение дня. Хорошо работают они и при высокой облачности, а также при отрицательных температурах.

Аморфные элементы

КПД элементов из кремния низок (около 7-10%), для элементов из современных материалов он достигает 15-20%. К достоинствам этих элементов относится возможность монтажа их на изогнутых конструкциях, они хорошо работают при рассеянном освещении. К недостатку можно отнести большие размеры – вследствие низкого КПД они требуют при равенстве мощности вдвое большей установочной площади в сравнении с кристаллическими элементами. Также со временем слой аморфного кремния постепенно деградирует, и батарея теряет эффективность, примерно на 20% мощности за первые 2 года эксплуатации.

Гибридные солнечные элементы

Поскольку кристаллический кремний и аморфный кремний наиболее эффективно работают каждый в своей области солнечного спектра, при освещении солнечным светом смешанного состава общий КПД солнечного элемента повышается.

Применение солнечных элементов

Поскольку ЭДС одного элемента составляет 0,6 В, для получения достаточного напряжения их соединяют последовательно. Батарея из соединенных последовательно 36 элементов будет обладать ЭДС 0,6 х 36 = 21,6 В, а при оптимальной нагрузке будет выдавать напряжение порядка 17-18 В. Чтобы заряжать таким напряжением аккумулятор с номинальным напряжением 12 В, необходим контроллер заряда, избавляющий аккумулятор от перезаряда, а батарею от перегрузки. Подобный контроллер позволяет путем автоматического снижения напряжения увеличивать снимаемый ток, а тем самым постоянно поддерживать элементы в режиме съема максимальной в данных условиях мощности.

Изначально предполагалось, что устройства будут применяться в основном в космической промышленности и в военных целях. Солнечные батареи – основные источники питания на космических аппаратах, особо эффективны такие устройства при полетах от Земли в сторону Солнца, где мощность батарей значительно возрастает. Очень выгодно использование солнечных элементов для питания автоматических метеостанций.

В тропических и субтропических регионах с большим количеством часов солнечного сияния в году солнечные батареи позволяют решить проблемы энергоснабжения жилых домов и дач, при этом батареи размещают на крышах. В городах батареи на солнечных элементах используются для подзарядки автомобилей, а также для уличного освещения (накопленная в светлое время суток энергия расходуется в темное). Сфера применения солнечных элементов и батарей непрерывно расширяется по мере их удешевления и совершенствования характеристик.

Похожие темы:

Солнечные батареи для дома и дачи: как правильно выбрать и установить

Показатель Монокристаллические солнечные батареи Поликристаллические солнечные батареи
Кристаллическая структура Зёрна кристалла параллельны. Кристаллы ориентированы в одну сторону. Зёрна кристалла не параллельны. Кристаллы ориентированы в разные стороны.
Температура производства 1400°С 800-1000°С
Цвет Чёрный Синий
Стабильность Высокая Высокая, но меньше, чем у моно
Цена Высокая Высокая, но меньше, чем у моно

Как правильно выбрать автономную систему

Перед покупкой солнечной электростанции учитывайте следующие параметры:

  • Суточное потребление подключаемых электроприборов.
  • Место установки солнечных панелей (ориентация на юг, оптимальный угол наклона, отсутствие тени на панелях).
  • Место установки АКБ (должны находиться в помещении при плюсовой температуре, но не выше 25 градусов).
  • Пиковые нагрузки электроприборов (насосы, холодильник).
  • Круглогодичная или только летняя эксплуатация системы.

Монокристаллические чаще используются в регионах с высокой солнечной активностью, поликристаллические – с низкой активностью солнца. Если вам нужна солнечная батарея для дачи – обратите внимание на микроморфные модели. Они недорогие, но имеют в 2 раза большую площадь. Системы из микроморфного кремния могут эффективно работать под широким углом и в пасмурную погоду. Для больших станций, которые устанавливаются на крышах предприятий и на земле, лучше использовать гетероструктурные модули (КПД 22%) российского производителя «Хевел» (Hevel).

Краткий обзор производителей

Лидирующие мировые производители солнечных панелей:

  • TopRaySolar (Китай) выпускает панели из монокристаллического кремния мощностью 20-300 Вт и поликристаллические кремниевые батареи мощностью 20-300 Вт.
  • Axitec (Германия) разрабатывает фотоэлементы на основе монокристаллического и поликристаллического кремния мощностью от 260 до 330 Вт.
  • Hevel (Россия) – производитель микроморфных панелей, а также гетероструктурных с высоким КПД (22%).

Установка солнечных панелей

Монтаж системы требует специальных навыков. Самостоятельная установка не рекомендуется, поскольку при малейшей ошибке в расчётах вы рискуете обесточить дом. В случае неудачи стоимость ремонта может превысить цену за монтажные услуги.

Чаще всего цена монтажа рассчитывается от стоимости системы в размере 10-15%. Высоких цен пугаться не стоит. компании, которые устанавливают данное оборудование, за эту сумму предоставляют гарантию (что всё будет подключено и установлено правильно) как минимум на 1 год.

Заказывая профессиональную установку, вы избавитесь от проблем. Специалисты рассчитают необходимое количество панелей, помогут определиться с типом батарей, правильно определят оптимальное место установки, угол наклона и другие параметры.

Монтаж стандарной установки до 5 кВт выполняется в течение одного дня.

Выгодно ли использовать солнечные батареи на даче

Устанавливая солнечные батареи на своём загородном участке, владелец дома предполагает, что сразу же начнёт экономить на освещении. Это правда, но только при установке СЕТЕВОЙ солнечной электростанции без использования аккумуляторов.

  • Срок окупаемости в среднем составляет 5-10 лет в зависимости от тарифа на электричество.
  • Максимальную эффективность данная установка принесёт тем владельцам дачных участков, которые проживают в широтах с преобладающим большинством солнечных дней.
  • В зимнее время в средней полосе России количество солнечных дней сильно уменьшается и на все нужды вырабатываемой энергии не хватит.

Отопление от солнечных батарей в России

Считается, что установка солнечных батарей является отличной инвестицией в дом и в будущее. Системы недорогие, экологичные и автономные. На первый взгляд кажется, что про перебои с электричеством и счета можно забыть. Однако в России отопление от солнечных панелей, как и желание отказаться от городской сети, является всё же нерентабельным.

Качественная солнечная электростанция – недешёвое оборудование. Для необходимой мощности потребуется множество панелей и аккумуляторов. В регионах с низкими тарифами на электричество такая установка будет изначально невыгодной. Но в труднодоступных районах, где требуется постоянный подвоз дизельного топлива и техническое обслуживание генераторов, солнечные электростанции получаются более выгодными и имеют срок окупаемости 2-3 года.

С одной стороны, электростанция на фотоэлементах не требует особого обслуживания, но 1-2 раза в год вытирать пыль и счищать снег всё-таки необходимо. К тому же при ежедневной эксплуатации автономной системы у аккумуляторов снижается срок службы до 3-4 лет, т. к. он измеряется количеством циклов заряда-разряда. Это означает, что тратить средства на замену АКБ всё же придётся.

Другой вариант возможной установки солнечных панелей для экономии электричества — это сетевая солнечная электростанция без аккумуляторов. Она позволяет замещать электричество из городской сети в дневное время суток. Такая система окупается за 5-10 лет в зависимости от стоимости электроэнергии. Основное преимущество — это модульность (можно ставить параллельно несколько станций) системы, которое даёт возможность дальнейшего расширения без замены уже установленного оборудования. И, конечно, срок эксплуатации 35-40 лет без специального технического обслуживания.

Также если на даче часто отключают электричество, можно использовать гибридную солнечную электростанцию, которая объединяет в себе бесперебойную систему (замена генератора) и сетевую для экономии электричества.

Солнечные батареи: ставить или нет

Безусловно, автономная солнечная электростанция на поликристаллических или монокристаллических батареях незаменима в местах, где электричество вовсе отсутствует. Но там, где есть электричество, есть смысл подключить сетевую станцию без АКБ, которая будет компенсировать затраты днём, а лишнюю энергию можно будет продавать в городскую сеть по специальному «зелёному» тарифу.

Пример использования солнечных батарей на даче: всю неделю с понедельника по пятницу солнечные батареи отдают лишнюю электроэнергию в городскую сеть (и вам за это платят), а в выходные вы приезжаете на дачу и отдыхаете бесплатно.

Компания 220-on предлагает оптимальное, проверенное оборудование под текущие задачи клиента без накруток и переплат. В каталоге собраны модели от надёжных и проверенных производителей. Все модели обеспечивают высокую производительность и мощность.

Специалисты 220-on выполнят монтаж и проведут гарантийное и постгарантийное обслуживание. Получить консультацию по подбору оборудования можно по телефону +7 (495) 646-12-20 или по бесплатной горячей линии 8-800-500-20-74.

Основы солнечных фотоэлектрических элементов

| Министерство энергетики

Кремний

Кремний, безусловно, является наиболее распространенным полупроводниковым материалом, используемым в солнечных элементах, составляя примерно 95% модулей, продаваемых сегодня. Это также второй по распространенности материал на Земле (после кислорода) и наиболее распространенный полупроводник, используемый в компьютерных микросхемах. Кристаллические кремниевые ячейки состоят из атомов кремния, соединенных друг с другом, чтобы сформировать кристаллическую решетку. Эта решетка обеспечивает организованную структуру, которая делает преобразование света в электричество более эффективным.

Солнечные элементы, изготовленные из кремния, в настоящее время обеспечивают сочетание высокой эффективности, низкой стоимости и длительного срока службы. Ожидается, что модули прослужат 25 или более лет, и по истечении этого срока все еще будут вырабатывать более 80% своей первоначальной мощности.

Тонкопленочная фотогальваника

Тонкопленочный солнечный элемент изготавливается путем нанесения одного или нескольких тонких слоев фотоэлектрического материала на поддерживающий материал, такой как стекло, пластик или металл. Сегодня на рынке представлены два основных типа тонкопленочных фотоэлектрических полупроводников: теллурид кадмия (CdTe) и диселенид меди, индия, галлия (CIGS).Оба материала можно наносить непосредственно на переднюю или заднюю поверхность модуля.

CdTe является вторым по распространенности фотоэлектрическим материалом после кремния, и элементы CdTe могут быть изготовлены с использованием недорогих производственных процессов. Хотя это делает их рентабельной альтернативой, их эффективность по-прежнему не так высока, как у кремния. Ячейки CIGS обладают оптимальными свойствами для фотоэлектрического материала и высокой эффективностью в лаборатории, но сложность, связанная с объединением четырех элементов, делает переход от лаборатории к производству более сложным.И CdTe, и CIGS требуют большей защиты, чем кремний, чтобы обеспечить длительную работу на открытом воздухе.

Перовскитная фотогальваника

Перовскитные солнечные элементы представляют собой тип тонкопленочных элементов, названных в честь их характерной кристаллической структуры. Ячейки из перовскита состоят из слоев материалов, которые напечатаны, покрыты или нанесены вакуумным осаждением на нижележащий опорный слой, известный как подложка. Как правило, их легко собрать, и они могут достигать эффективности, аналогичной кристаллическому кремнию.В лаборатории эффективность перовскитных фотоэлементов повышается быстрее, чем у любого другого фотоэлектрического материала, с 3% в 2009 году до более 25% в 2020 году. Чтобы быть коммерчески жизнеспособными, перовскитные фотоэлементы должны стать достаточно стабильными, чтобы выдержать 20 лет работы на открытом воздухе, поэтому исследователи работают над тем, чтобы сделать их более долговечными и разрабатывают крупномасштабные и недорогие технологии производства.

Organic Photovoltaics

Органические фотоэлектрические элементы, или OPV, состоят из богатых углеродом (органических) соединений и могут быть адаптированы для улучшения определенных функций фотоэлектрических элементов, таких как ширина запрещенной зоны, прозрачность или цвет.Элементы OPV в настоящее время примерно вдвое менее эффективны, чем элементы из кристаллического кремния, и имеют более короткий срок службы, но могут быть дешевле в производстве в больших объемах. Их также можно наносить на различные вспомогательные материалы, такие как гибкий пластик, благодаря чему OPV может использоваться для самых разных целей. PV

Кремниевые солнечные панели

: Кремниевые солнечные панели: они могут стать источником бесплатного электричества

Важность солнечной энергии

Использование солнечной энергии — это тенденция, которая быстро набирает популярность в Индии, поскольку она широко доступна в большинстве частей страны и, что более важно, является возобновляемым источником энергии, который никогда нельзя угасать.Хотя солнечная энергия легко доступна, использовать ее в полезных целях — непростое дело. Однако прошлые исследования показали, что его можно использовать в электроэнергии, а текущие исследования направлены на преобразование всей полученной энергии в полезную электрическую энергию.

Что такое фотоэлектрические элементы?

Преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется по принципу фотоэлектрического эффекта. ФЭ-эффект — это процесс преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлементов, состоящих из полупроводников, таких как кремний.Когда солнечный свет падает на фотоэлемент, его составляющие, известные как фотоны, поглощают полученную световую энергию и передают эту энергию электронам в полупроводниковом материале, которые затем протекают в виде электрического тока. Этот электрический ток становится источником электроэнергии. Одним из самых популярных полупроводниковых материалов, используемых в фотоэлементах, является кремний, который обладает свойствами, способствующими выработке электроэнергии из солнечной энергии.

Что такое кремниевые солнечные панели?

Солнечная панель, состоящая из кремниевых полупроводников, называется кремниевой солнечной панелью.Ряд фотоэлементов, собранных в замкнутой панели, действуют как коллекторы солнечной энергии. Кремниевые полупроводники популярны, потому что они демонстрируют такие свойства, как низкий весовой объем, увеличенный срок службы, надежность и прочность. Кремниевые полупроводники легко производить при невысокой стоимости.

Кремниевые солнечные панели бывают разных размеров для различных областей применения. Кремниевые солнечные панели обычно содержат 32, 36, 48, 60, 72 и 96 фотоэлементов. Некоторые из этих панелей могут быть соединены последовательно или параллельно, чтобы получить более высокую электрическую мощность, подходящую для приложений с высокими требованиями к мощности.

Типы кремниевых солнечных батарей

По сути, существует три типа кремниевых солнечных панелей, которые в первую очередь классифицируются на основе типа фотоэлементов в них. Их можно разделить на монокристаллические, поликристаллические, аморфные или тонкопленочные солнечные панели. Каждый из них имеет разные свойства, которые могут влиять на выработку вырабатываемой электроэнергии.

Монокристаллические солнечные панели

Монокристаллические солнечные панели состоят из фотоэлементов, вырезанных из слитка кремния, выращенного из чистого монокристалла кремния.Когда цилиндрический слиток разрезается, его круглая форма приобретает квадратную форму, что придает ячейке уникальную восьмиугольную форму. Эта форма отличает ячейки от ячеек из поликристаллического кремния. Кроме того, монокристаллические солнечные элементы имеют однородный черный цвет на всех элементах. Фотоэлементы на панели предлагают лучшую поверхность для сбора из-за пирамидального рисунка кристалла. При надлежащей обработке и добавлении других материалов эти элементы служат до 30 лет или даже больше и обеспечивают более высокую эффективность, чем два других типа кремниевых солнечных панелей.Эффективность монокристаллических солнечных панелей составляет от 15 до 20%, что является самым высоким показателем среди всех кремниевых солнечных панелей. Эти ячейки также эффективны с точки зрения занимаемого места для одинакового выхода среди всех кремниевых ячеек.

Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллические солнечные панели состоят из фотоэлементов, вырезанных из множества кристаллов кремния. Расплавленный кремний разливают в квадратные формы. После того, как силикон остынет в формах, его разрезают на квадраты. Идеальная квадратная форма отличает поликристаллическую ячейку от монокристаллической ячейки (которая имеет восьмиугольную форму).Они имеют те же свойства, что и монокристаллические солнечные панели, но предлагают меньшую эффективность при преобразовании солнечной энергии в электрическую. Эти элементы дешевле в производстве, чем монокристаллические элементы, потому что потери кремния меньше.

Тонкопленочные или аморфные солнечные панели

Тонкопленочные или аморфные солнечные панели представляют собой подложку, на которую нанесены тонкие слои аморфного кремния. Они становятся популярными из-за возможности массового производства и использования там, где площадь поверхности для развертывания панелей не является ограничением.Аморфные солнечные панели имеют низкую эффективность и поэтому используются в небольших приложениях, таких как карманные калькуляторы. Но с новой техникой «наложения» слои можно комбинировать для повышения эффективности (6-8%). Поскольку аморфные солнечные панели являются гибкими, их можно инновационным образом использовать и на изогнутых поверхностях.

Применение кремниевых солнечных панелей

Почти 90% приложений солнечной энергии используют кремниевые солнечные панели для выработки электроэнергии. Многочисленные применения кремниевых солнечных панелей следующие:

  • На электростанциях кремниевые солнечные панели обеспечивают энергию, необходимую для кипячения воды и производства пара, который может вращать турбины для производства электроэнергии.Они могут заменить другие невозобновляемые виды энергии.
  • В домах кремниевые солнечные панели, устанавливаемые на крышах домов, могут служить автономной системой, используемой для нагрева воды для домашнего потребления. Эти панели также могут стать источником бесплатного электричества, если они заряжают перезаряжаемую батарею, которую затем можно использовать для подачи энергии в дома.
  • В коммерческих учреждениях, почти так же, как и в домах, кремниевые солнечные панели, размещенные на крышах или задних дворах, могут служить в качестве основного или резервного источника питания.
  • На сельскохозяйственных полях или в домах автономные солнечные энергосистемы используют кремниевые солнечные панели для питания водяного насоса, перекачивающего воду на поле или в верхний резервуар.
  • В плавательных бассейнах кремниевые солнечные батареи могут поддерживать температуру воды в бассейне зимой.
  • Для систем освещения автономные системы, использующие кремниевые солнечные панели, могут питать улицу, тротуар, дорожку или задний двор. Они также могут служить переносными фонариками.

Обратитесь к ведущим ближайшим к вам дилерам, занимающимся солнечными панелями, и получите бесплатные расценки

(Единый пункт назначения для MSME, ET RISE предоставляет новости, обзоры и аналитику по GST, экспорту, финансированию, политике и управлению малым бизнесом.)

Загрузите приложение The Economic Times News, чтобы получать ежедневные обновления рынка и новости бизнеса в реальном времени.

Реальность, лежащая в основе следующего звездного материала солнечной энергии

Исследователь на экспериментальном заводе Oxford PV в Бранденбурге-ан-дер-Хафеле, Германия, испытывает солнечный элемент промышленного размера, изготовленный путем наслоения перовскита на кремний Фото: Oxford PV

Отель Henn na в Нагасаки, Япония, не стесняется опробовать футуристические технологии. В 2015 году он утверждал, что является первым в мире отелем, укомплектованным роботами, но сократил автоматизацию после того, как его роботы-консьержи разочаровали некоторых клиентов и не сократили расходы.Сейчас Henn na тестирует еще одну привлекательную новинку: с декабря ее вывеска питается от изогнутой стены из прототипов солнечных батарей, установленных на территории отеля. В элементах, созданных польской начинающей фирмой Saule Technologies, используются тонкие микрометровые пленки, изготовленные из материалов, называемых перовскитами, которые всего за десять лет превратились из лабораторного любопытства в новую яркую перспективу солнечной энергетики.

Япония — не единственное место, где за последние 18 месяцев солнечные элементы, содержащие перовскит, вышли за пределы лабораторий.Сауле повесила их высоко в офисном здании недалеко от своей штаб-квартиры в Варшаве; ведущая британская фирма в этом секторе Oxford PV испытывает их на экспериментальной производственной площадке в Бранденбурге-на-Гавеле, Германия; китайские фирмы Microquanta Semiconductor и WonderSolar проводят полевые испытания в городах Ханчжоу и Эчжоу. Более десятка компаний по всему миру (см. «Солнечные надежды»), представляющих собой смесь признанных гигантов электроники и стартапов, надеются вскоре продавать панели, сделанные из перовскитов.По словам Маргарет Гальярди, аналитика BCC Research из Уэлсли, штат Массачусетс, в производстве материалов для продуктов задействованы еще десятки людей.

На протяжении десятилетий в солнечной промышленности преобладали плиты кристаллического кремния. Другие материалы, которые можно наслаивать в тонкие пленки, такие как селенид меди, индия, галлия (CIGS) и теллурид кадмия (CdTe), заняли менее 5% рынка, потому что их трудно сделать такими же эффективными или дешевыми, как обычные солнечные панели. . Другое дело — перовскиты.Их производство должно быть дешевле, и они должны казаться впечатляюще эффективными при преобразовании солнечного света в электричество — по крайней мере, в лабораторных условиях.

Однако даже самые ярые сторонники технологии не думают, что перовскитные элементы быстро вытеснят кремний. Вместо этого некоторые фирмы накладывают слои недорогих кристаллов перовскита поверх кремния, чтобы создать «тандемные» устройства, которые преобразуют больше солнечной энергии, чем любой другой материал в отдельности. Oxford PV, например, намеревается в этом году производить тандемы, которые, по его словам, будут на одну пятую эффективнее, чем коммерческие солнечные панели высшего класса.Если использовать эту технологию в отрасли, общая мощность солнечных панелей, производимых ежегодно, вырастет в той же пропорции. По словам Криса Кейса, технического директора фирмы, за этим последуют дальнейшие улучшения. И это может помочь ускорить внедрение технологии, которая по-прежнему обеспечивает всего 2% мировой электроэнергии. «Миру нужно столько солнечной энергии, сколько мы можем получить», — говорит Кейс.

Saule и другие фирмы тем временем стремятся покрыть пластик перовскитными пленками для создания легких и гибких продуктов.Хотя эти устройства менее эффективны, их можно использовать там, где не могут быть тяжелые панели со стеклянной подложкой, например, на крышах автомобилей, лодок, самолетов, на слабых крышах, в съемных фотоэлектрических жалюзи или даже на парусах, которые служат солнечными батареями.

Но есть еще фундаментальные вопросы о новых материалах. Неясно, будут ли перовскиты достаточно прочными, чтобы выдерживать дождь, ветер, сильное солнце и отрицательные температуры в течение 25 лет, которые обещают силиконовые панели. Большинство перовскитных устройств содержат свинец, что вызывает опасения по поводу их токсичности, и исследователи не уверены, что результаты лабораторных исследований пригодны для коммерческого использования.Между тем, обычные солнечные панели становятся все дешевле и эффективнее. Из-за этого новому материалу трудно превзойти их и ускорить борьбу с изменением климата. «Я не стала бы класть все яйца в эту корзину для решения мировых проблем, но я также не исключаю этого», — говорит Сара Курц, эксперт по фотоэлектрической энергии из Калифорнийского университета в Мерседе.

Рыбалка для эффективности

В исследовательской лаборатории Oxford PV, в 15 минутах езды к северу от Оксфордского университета, рабочие в белых халатах и ​​сетке для волос проверяют блестящие черные клетки размером 1 квадратный сантиметр.Они изучают новые комбинации материалов, которые более эффективно преобразуют свет в электричество. Готовый продукт, к которому они стремятся, лежит поблизости на скамейке: большой, покрытый перовскитом солнечный модуль размером со стандартный кремниевый элемент, 243 см 2 , расположенный между двумя листами стекла. «Мы измерили сотни тысяч устройств, — говорит Кейс.

У исследователей есть много вариантов, потому что «перовскит» описывает большую вселенную кристаллических структур (см. «Перовскиты на Солнце»).Первоначально этот термин относился к минералу оксида титана кальция (CaTiO 3 ), который был обнаружен на Урале в России в 1839 году и назван в честь русского минералога Льва Перовского. Но перовскиты в солнечных элементах имеют мало общего с этим минералом, только их структура ABX 3 .

Предоставлено: структура перовскита адаптирована из C. Eames et al. Природа Коммуна . 6 , 7497 (2015)

С точки зрения солнечной энергии, важным качеством этих материалов является то, что падающий свет переводит их отрицательно заряженные электроны в более высокоэнергетические состояния, оставляя после себя вакансии или «дыры», которые действуют как положительно заряженные частицы.Если эти несущие заряд электроны и дырки могут избежать рекомбинации достаточно долго, чтобы достичь электродов выше и ниже перовскитной пленки, тогда может течь электрический ток.

Первые фотоэлектрические устройства на перовските, о которых было сообщено в 2009 году, преобразовали всего 3,8% энергии, содержащейся в солнечном свете, в электричество. Но поскольку кристаллы так легко изготовить в лаборатории — смешивая недорогие солевые растворы вместе, чтобы сформировать тонкую пленку, исследователям быстро удалось улучшить их характеристики. К 2018 году эффективность выросла до 24.2%, установленный исследователями из США и Южной Кореи, что близко к лабораторному показателю кремния в 26,7% 1 . Теоретический предел для обоих материалов составляет чуть менее 30%, но типичные коммерческие силиконовые панели колеблются на уровне 15–17%, а наилучший — около 22%. К сожалению, рекорды эффективности перовскита устанавливаются на крошечных образцах размером менее 1 см 2 , и производительность не увеличивается. Для сравнения: нынешний рекордный лабораторный кремниевый элемент имел размер 79 см 2 и все еще составлял 26.Эффективность 6% на расстоянии 180 см 2 (см. «Размер имеет значение»).

«Люди еще не продемонстрировали способность создавать высокоэффективные ячейки в формате большой площади», — говорит Курц. Одна из проблем заключается в том, что на больших площадях сложнее получить однородные покрытия. Другой заключается в том, что при работе с крошечными клетками в лаборатории ученые собирают электрический ток, используя прозрачные электродные пленки, которые пропускают много света, но также обладают небольшим сопротивлением, что означает, что они блокируют некоторый ток. В более крупных масштабах это удельное сопротивление становится более серьезной проблемой, поэтому в коммерческих элементах используются более непрозрачные электродные пленки, что снижает эффективность.Например, в международной электронной компании Panasonic исследователи сообщили о перовскитовой ячейке размером 6,25 см 2 с эффективностью 20,6% 2 . Но это упало до 12,6%, когда 35 ячеек были объединены в модуль 412 см 2 3 . Microquanta является сертифицированным мировым рекордсменом по перовскитным «мини-модулям» 1 с конструкцией с КПД 17,3%, состоящей из семи ячеек площадью около 17,3 см 2 .

Источник: исх. 1

Тем не менее, перовскитовые элементы проще и дешевле в изготовлении, чем кремниевые.Производство кремния начинается с нагрева песка до 1800 ° C. Изготовление плит высокой чистоты может включать растворение материала в соляной кислоте при 300 ° C. Для сравнения, Saule может просто создавать решения, используя струйный принтер для нанесения крошечных количеств материалов на пластиковые пленки. Компания заявляет, что таким образом изготавливала модули умеренно больших размеров (100 см 2 ) с КПД 10%. Некоторые фирмы используют узорчатые валики для нанесения перовскитных красок. Swift Solar в Сан-Карлосе, Калифорния, пытается объединить два разных типа перовскитных ячеек вместе, чтобы создать легкий тандемный модуль.

Но самым быстрым путем к повышению эффективности могло бы стать добавление в кремний перовскита. В прошлом году Oxford PV сообщила о тандемном элементе размером 1 см 2 с эффективностью 28%, изготовленном путем нанесения слоя перовскита с эффективностью 17% поверх кремния. Перовскит может поглощать более коротковолновый сине-зеленый свет, позволяя кремнию поглощать более длинноволновый и более красный свет. К концу этого года компания нацелена на производство тандемных ячеек коммерческого размера с КПД 27%, превосходящих лучшие кремниевые панели, которые компании-партнеры (которые она не назовет называть) могли бы собирать в модули.По словам Кейса, эти модули станут общедоступными к концу 2020 года. Теоретический предел тандемов составляет 45%, а практическая цель — 35%, говорит Кейс, что будет вдвое ниже эффективности современных коммерческих кремниевых панелей с лучшими характеристиками.

Долго ли они?

Однако основная проблема для перовскитов заключается в том, могут ли они прослужить столько же, сколько кремниевые панели, на которые обычно предоставляется 25-летняя гарантия. Стабильность перовскита «должна приближаться к нормам, установленным кремнием», и это «сейчас выглядит все более маловероятным», — говорит Мартин Грин, который исследует перовскиты и другие солнечные материалы в Университете Нового Южного Уэльса в Сиднее, Австралия.Его команда работает над материалами с двумя крупными китайскими производителями солнечных панелей, Trina Solar и Suntech.

Перовскиты чувствительны к воздуху и влаге, но это не должно быть серьезной проблемой. В коммерческих солнечных панелях для защиты фотоэлектрические материалы уже заключены в пластик и стекло. Это, вероятно, сработает и для большинства перовскитов. Более глубокая проблема заключается в самих кристаллах. В некоторых случаях структуры смещаются при нагревании перовскитов; изменение обратимо, но влияет на производительность.

Исследователи много работали над решением этой проблемы: в Швейцарском федеральном технологическом институте в Лозанне (EPFL) группа под руководством Михаэля Гретцеля разработала структуры с тремя или четырьмя различными катионами «А» в структуре ABX 3 . Команда объединяет катионы метиламмония и формамидиния с небольшими количествами цезия и рубидия, например, 4 . Комбинация предотвращает структурные изменения, вызванные температурой и влажностью при использовании отдельных катионов.

Другая проблема заключается в том, что когда свет падает на кристаллы перовскита, маленькие анионы «X» могут начать перемещаться внутри структур. Это может произойти, если есть какие-либо зазоры там, где должны быть анионы, что запустит цепочку событий, которые могут изменить состав и эффективность кристалла или привести к отказу устройства. По словам Курца, у большинства солнечных технологий есть некоторые различия в эффективности. «У перовскитов это гораздо больше».

Польская фирма Saule Tech использует струйный принтер для изготовления гибких солнечных модулей на основе перовскита.Кредит: Марек Марзейко

Тем не менее, исследователи добиваются прогресса. «Дела улучшились», — говорит Гретцель. Например, в 2017 году его команда сообщила, что 5 0,16 см 2 перовскитные ячейки с эффективностью более 20% и которые сохранили 95% своей производительности при полном солнечном свете в течение 1000 часов или 41 дня. Он говорит, что его команда удвоила это время по неопубликованной работе.

Полевые испытания

Большинство фирм по производству перовскита не публиковали свои результаты по стабильности.Но все они говорят, что следуют стандарту сертификации, установленному для кремниевых солнечных панелей, установленному Международной электротехнической комиссией (IEC) в Женеве, Швейцария. Этот стандарт, известный как IEC 61215, включает испытания в помещении, в которых модули нагреваются до 85 ° C в течение 1000 часов при относительной влажности 85%. Панели также подвергаются циклическому изменению температуры от -40 ° C до 90 ° C до 100 раз и даже подвергаются бомбардировке градом.

Если силиконовая панель все еще работает после этих испытаний, предполагается, что она имеет хорошие шансы прослужить 25 лет при типичной погоде.Но поскольку перовскиты обладают нестабильностью, отличной от кремния, они могут пройти эти испытания и все равно потерпеть неудачу в реальном мире. Например, перовскитные модули Microquanta соответствуют стандарту IEC 61215, говорит Буй Ян, вице-президент компании. Тем не менее, полевые испытания в Ханчжоу показывают, что продукты в среднем ухудшаются до 80% от своих первоначальных характеристик в течение 1-2 лет. «По сравнению с сроком службы кремниевых панелей 25–30 лет, это серьезный недостаток», — говорит он. Его соучредитель, Цзичжун Яо, исполнительный директор компании, говорит, что новые модули деградируют медленнее, но что еще рано делиться подробностями.

Тандемные модули Oxford PV также прошли испытания на уровне IEC 61215, говорит Кейс. «Значит ли это, что это продлится 25 лет?» — спрашивает он, указывая на ближайший модуль. «Не знаю. Все они являются показателем долговечности. Это хороший показатель, но в конечном итоге их недостаточно ».

Грин говорит, что он согласится с тем, что проблемы со стабильностью будут решены, если перовскитовый модуль появится в верхней половине отраслевого табло, созданного норвежской специализированной испытательной компанией DNV.Фирма получает несколько панелей от каждого производителя, проводит их собственные электрические, оптические и температурные тесты и сравнивает результаты. Тесты аналогичны IEC 61215, но предназначены для лучшего определения долговременного ухудшения характеристик. Перовскитовые компании пока не фигурируют в списках.

Свинцовая токсичность

Еще одним потенциальным камнем преткновения для перовскитных клеток является то, что лучшие из них содержат свинец, токсичный металл. Исследователи пробовали альтернативы, такие как олово, но производительность снижалась.Это не означает, что ячейки нельзя использовать. Анализ жизненного цикла тандемных ячеек Oxford PV показывает, что небольшое количество свинца, которое они содержат, не окажет большого влияния на токсичность для окружающей среды в случае его утечки. Анализ также утверждает, что кремниевые элементы в целом оказывают худшее воздействие на окружающую среду из-за ресурсов, используемых при их производстве.

Но некоторые исследователи говорят, что включение свинца исключает идею использования перовскитов в одноразовых изделиях. Гретцель считает, что они могут найти применение на больших солнечных фермах, куда люди редко бывают.«Если кто-то хочет продавать гибкие устройства, он ошибается», — говорит он. «Что произойдет, если ребенок проткнет пластиковую крышку? Нет никаких компромиссов в отношении токсичности свинца ».

Пресс-конференция, посвященная представлению перовскитных ячеек Сауле в отеле Henn na в Нагасаки, Япония Фото: Saule Technologies

Сауле возражает против этой точки зрения. «Его легкие печатные модули содержат очень мало свинца», — говорит Конрад Войцеховски, главный научный сотрудник компании. По его словам, даже после того, как инкапсулированные модули оставались замачиваться в воде в течение года, уровень оставшегося свинца «все еще был ниже предельного уровня свинца для питьевой воды, установленного Всемирной организацией здравоохранения».А главный технический директор Сауле Ольга Малинкевич, основавшая фирму в 2014 году, когда она защитила докторскую диссертацию, подчеркивает, что продукты будут надежными. «Ребенок не сможет случайно разложить и расслоить перовскитную панель», — говорит она.

Солнечная энергия дешевле?

Для производителей перовскита, которые надеются, что их продукция снизит затраты на солнечную энергию, возникает другая проблема: кремниевые панели и так дешевы, и цена падает. «Хотя я считаю, что сектор солнечной энергетики более интересен, чем когда-либо, он не нуждается в техническом прорыве», — говорит Дженни Чейз, руководитель отдела солнечного анализа BloombergNEF в Цюрихе, Швейцария.«Это уже один из самых дешевых источников электроэнергии во многих странах. Технология кристаллического кремния достаточно хороша, и ее трудно превзойти. Перовскиты могут в конечном итоге снизить стоимость на несколько центов за ватт, но это не то, чего нам нужно ждать ».

Случай не согласен. Он утверждает, что тандемные модули его компании будут стоить дороже кремниевых, но более высокая эффективность снизит затраты на производство солнечной энергии на 17–23% через несколько лет. Эта перспектива вызвала интерес у некоторых крупных компаний.В марте Oxford PV получила 31 миллион фунтов стерлингов (39 миллионов долларов США) от фирм, включая китайский гигант по производству ветряных турбин Goldwind; Всего было собрано 76 миллионов фунтов стерлингов.

Хунвэй Хан из Wonder Solar (слева) и исследователь EPFL Майкл Гретцель присутствуют на полевых испытаниях стеклянных перовскитных солнечных панелей в Эчжоу, Китай. Фото: Wonder Solar

Между тем, большинство фирм, производящих модули только из перовскита, заявляют, что не ожидают выхода на основной рынок солнечных панелей — по крайней мере, не сразу, — поэтому они сосредотачиваются на легких пленках.Сауле хочет продавать гибкие однослойные перовскитные солнечные пленки в 2021 году, а токийская компания Sekisui Chemical, второй по величине обладатель патентов на перовскит после Oxford PV, планирует продавать гибкие элементы в 2020 году. Она участвует в большом консорциуме с Panasonic и его коллегами. Японский гигант электроники Toshiba.

Некоторые компании уже покинули рынок перовскита. Многонациональная фотографическая фирма Fujifilm является третьим по величине держателем патентов на перовскит в области солнечной энергии. Но после фундаментальных исследований перовскитных солнечных элементов компания больше не занимается разработкой элементов или материалов, из которых они изготовлены, говорит представитель Шохеи Кавасаки.А австралийский разработчик перовскита GreatCell Solar перешел в администрацию в декабре; ему не удалось привлечь достаточно инвестиций для создания прототипа завода, несмотря на то, что он начал партнерство с одним из крупнейших мировых производителей солнечных панелей, JinkoSolar в Шанхае, Китай.

Эти неудачи намекают на то, что преимущества перовскитов не так просты, как надеялись защитники. И они подчеркивают важность испытаний на открытом воздухе. Гретцель вспоминает, что прошлым летом он посетил испытательный полигон китайской фирмы WonderSolar в Эчжоу, что необходимо гораздо больше.«Наружная температура была 28 ° C, но панели были при 70 ° C. Я вспотел, и панели тоже », — говорит он. «Посмотрим, как они поживают».

Монокристаллический кремниевый элемент — обзор

Сегодня доступно множество типов фотоэлементов. В этом разделе содержится подробная информация о текущих типах и обзор ячеек, которые в настоящее время находятся на стадии исследования и разработки.

Элементы из монокристаллического кремния . Эти элементы сделаны из чистого монокристаллического кремния.В этих ячейках кремний имеет единую структуру непрерывной кристаллической решетки практически без дефектов и примесей. Основным преимуществом монокристаллических ячеек является их высокий КПД, который обычно составляет около 15%. Недостатком этих элементов является то, что для получения монокристаллического кремния требуется сложный производственный процесс, что приводит к несколько более высоким затратам, чем у других технологий.

Ячейки из мультикристаллического кремния .Мультикристаллические ячейки изготавливаются из множества зерен монокристаллического кремния. В процессе производства расплавленный поликристаллический кремний отливают в слитки, которые затем разрезают на очень тонкие пластины и собирают в полные ячейки. Мультикристаллические ячейки дешевле в производстве, чем монокристаллические, из-за более простого производственного процесса. Однако они немного менее эффективны, их средний КПД составляет около 12%.

Аморфный кремний .Общие характеристики солнечных элементов из аморфного кремния приведены в главе 1, раздел 1.5.1, глава 1, раздел 1.5.1. Как правило, основное отличие этих ячеек от предыдущих состоит в том, что вместо кристаллической структуры ячейки аморфного кремния состоят из атомов кремния в тонком однородном слое. Кроме того, аморфный кремний поглощает свет более эффективно, чем кристаллический кремний, что приводит к более тонким ячейкам, также известная как технология тонких пленок PV. Самым большим преимуществом этих ячеек является то, что аморфный кремний можно наносить на широкий спектр подложек, как жестких, так и гибких.Их недостаток — невысокий КПД, порядка 6%. В настоящее время панели, изготовленные из солнечных элементов из аморфного кремния, бывают самых разных форм, например, черепица, которая может заменить обычную кирпичную черепицу в солнечной крыше.

Термофотовольтаика . Это фотоэлектрические устройства, которые вместо солнечного света используют инфракрасную область излучения, то есть тепловое излучение. Полная термофотоэлектрическая (TPV) система включает топливо, горелку, радиатор, механизм регенерации длинноволновых фотонов, фотоэлемент и систему рекуперации отходящего тепла (Kazmerski, 1997).Устройства TPV преобразуют излучение, используя те же принципы, что и фотоэлектрические устройства, описанные в предыдущих разделах. Ключевыми различиями между преобразованием PV и TPV являются температура радиаторов и геометрия системы. В солнечном элементе излучение поступает от солнца, которое имеет температуру около 6000 К и находится на расстоянии около 150 × 10 6 км. Однако устройство TPV принимает излучение в широком или узком диапазоне от поверхности при гораздо более низкой температуре, примерно 1300–1800 К, и на расстоянии всего в несколько сантиметров.Хотя мощность черного тела, излучаемая поверхностью, изменяется в четвертой степени абсолютной температуры, преобладает зависимость мощности, принимаемой детекторами, по закону обратных квадратов. Следовательно, хотя мощность, получаемая солнечным элементом без концентратора, составляет порядка 0,1 Вт / см 2 , мощность, получаемая преобразователем TPV, вероятно, будет составлять 5–30 Вт / см 2 , в зависимости от радиатора. температура. Следовательно, ожидается, что выходная плотность мощности преобразователя TPV будет значительно выше, чем у преобразователя PV без концентратора.Более подробную информацию о TPV можно найти в статье Coutts (1999).

Фотогальваника | SEIA

Фотоэлектрические (PV) устройства вырабатывают электричество непосредственно из солнечного света с помощью электронного процесса, который естественным образом происходит в определенных типах материалов, называемых полупроводниками. Электроны в этих материалах высвобождаются солнечной энергией, и их можно заставить перемещаться по электрической цепи, питая электрические устройства или посылая электричество в сеть.

Фотоэлектрические устройства

могут использоваться для питания чего угодно, от небольшой электроники, такой как калькуляторы и дорожные знаки, до домов и крупных коммерческих предприятий.

Как сравнить солнечные инверторы | Как сравнить солнечные панели

Как работает фотоэлектрическая технология?

Фотоны ударяют и ионизируют полупроводниковый материал на солнечной панели, заставляя внешние электроны вырваться из своих атомных связей. Благодаря полупроводниковой структуре электроны движутся в одном направлении, создавая электрический ток. Солнечные элементы не на 100% эффективны в солнечных элементах из кристаллического кремния, отчасти потому, что только определенный свет в пределах спектра может быть поглощен.Часть светового спектра отражается, часть слишком слабая, чтобы создавать электричество (инфракрасное излучение), а часть (ультрафиолет) создает тепловую энергию вместо электричества.
Схема типичного кристаллического кремниевого солнечного элемента. Для изготовления этого типа ячейки пластины из высокочистого кремния «легируют» различными примесями и сплавляют друг с другом. Полученная структура создает путь для электрического тока внутри и между солнечными элементами .

Другие типы фотоэлектрической техники

Помимо кристаллического кремния (c-Si), существуют два других основных типа фотоэлектрических технологий:

  • Тонкопленочные фотоэлектрические панели — быстрорастущий, но небольшой сегмент коммерческого солнечного рынка.Многие фирмы, производящие тонкие пленки, являются стартапами, разрабатывающими экспериментальные технологии. Как правило, они менее эффективны, но зачастую дешевле, чем модули c-Si.
  • В США концентрирующих массивов PV находятся в основном на юго-западе пустыни. Они используют линзы и зеркала для отражения концентрированной солнечной энергии на высокоэффективные элементы. Для их максимальной эффективности требуется прямой солнечный свет и системы слежения.
  • Интегрированные в здание фотоэлектрические элементы служат как внешним слоем конструкции, так и вырабатывают электроэнергию для использования на месте или экспорта в сеть.Системы BIPV могут обеспечить экономию материалов и затрат на электроэнергию, уменьшить загрязнение и повысить архитектурную привлекательность здания.
История фотоэлектрической техники

Эффект PV наблюдался еще в 1839 году Александром Эдмундом Беккерелем и был предметом научных исследований в начале двадцатого века. В 1954 году Bell Labs в США представила первое солнечное фотоэлектрическое устройство, которое производило полезное количество электроэнергии, а к 1958 году солнечные элементы использовались в различных небольших научных и коммерческих приложениях.

Энергетический кризис 1970-х годов привел к появлению большого интереса к использованию солнечных батарей для производства электроэнергии в домах и на предприятиях, но непомерно высокие цены (почти в 30 раз выше нынешних) сделали крупномасштабные приложения непрактичными.

Промышленные разработки и исследования в последующие годы сделали фотоэлектрические устройства более осуществимыми, и начался цикл увеличения производства и снижения затрат, который продолжается и сегодня.

Затраты на солнечную фотовольтаику

Быстро падающие цены сделали солнечную энергию более доступной, чем когда-либо.Средняя цена готовой фотоэлектрической системы упала на 59 процентов за последнее десятилетие.

Для получения дополнительной информации о состоянии рынка фотоэлектрических солнечных батарей в США посетите нашу страницу данных по солнечной промышленности.

Современная фотогальваника

Стоимость фотоэлектрических систем резко упала, поскольку промышленность увеличила производство и постепенно улучшила технологию с использованием новых материалов. Стоимость установки также снизилась благодаря более опытным и обученным установщикам. Во всем мире U.S. имеет третий по величине рынок фотоэлектрических установок и продолжает быстро расти.

Большинство современных солнечных элементов изготавливаются либо из кристаллического кремния, либо из тонкопленочного полупроводникового материала. Кремниевые элементы более эффективны при преобразовании солнечного света в электричество, но, как правило, имеют более высокие производственные затраты. Тонкопленочные материалы обычно имеют меньшую эффективность, но могут быть проще и дешевле в производстве. Специализированная категория солнечных элементов, называемых многопереходными или тандемными элементами, используется в приложениях, требующих очень малого веса и очень высокой эффективности, таких как спутники и военные приложения.Все типы фотоэлектрических систем сегодня широко используются в самых разных областях.

Сегодня доступны тысячи отдельных моделей фотоэлектрических панелей от сотен компаний. Сравните солнечные панели по их эффективности, выходной мощности, гарантиям и другим параметрам на EnergySage.

Строительство солнечных панелей

— Обзоры экологически чистой энергии

Современные солнечные панели из кристаллического кремния вырабатывают достаточно энергии, чтобы возместить вложенную энергию в течение 2-3 лет. Это подтверждается многочисленными подробными исследованиями и анализами жизненного цикла.Однако многие исследования в настоящее время устарели, поскольку эффективность солнечных фотоэлементов увеличилась с 15% до 20% (рост на 35%) за последние несколько лет, а срок окупаемости оценивается всего в один год. Учитывая, что обычная солнечная панель прослужит 20-30 лет, она легко возместит вложенную энергию в несколько раз и компенсирует тысячи тонн выбросов.

Ядовиты ли солнечные панели?

Несмотря на большое количество циркулирующей информации о токсичности солнечных панелей, современные солнечные панели из кристаллического кремния практически не содержат токсичных материалов .Заявления о «токсичных солнечных панелях» исходят от в основном устаревших тонкопленочных (теллурид кадмия — CdTe) солнечных панелей, которые действительно содержат следовые количества кадмия и теллурида. Однако, если эти (относительно редкие) панели не будут разбиты на фрагменты, следовое количество кадмия содержится в слоях EVA и не может вымываться.

Современные солнечные панели из кристаллического кремния содержат лишь незначительное количество свинца в припое, используемом для соединения элементов. Тем не менее, использование припоя начинает постепенно сокращаться с появлением новых технологий компрессионного соединения сборных шин и проводящих пастообразных материалов.Стоит отметить, что припой используется в сотнях миллионов электрических устройств и приборов. В бытовых электронных устройствах, мобильных телефонах, компьютерах и телевизорах используются гораздо более токсичные элементы, поэтому электронные отходы или электронные отходы являются большой глобальной проблемой.

Примерно 98% солнечных панелей, установленных сегодня во всем мире, относятся к разновидности кристаллического кремния и не содержат кадмий или теллурид. Солнечные панели очень безвредны, и даже при повреждении элементы не вызывают загрязнения, поскольку элементы герметизированы и не содержат легко растворимых материалов.Однако, как и все приборы, солнечные панели необходимо собирать и утилизировать по окончании срока службы, что мы обсудим в следующем разделе.

Ссылки

Подробный анализ жизненного цикла солнечных фотоэлектрических систем

Руководство по солнечным панелям | Freedom Solar Power

Blog> Going Solar> Руководство по солнечным панелям

10 сентября 2021 г.

ЧТО ТАКОЕ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ?

Солнечная панель — это совокупность солнечных фотоэлектрических элементов, которые поглощают солнечный свет и преобразуют его в электричество.Для большинства установок несколько солнечных панелей подключаются для создания солнечной батареи. Компоненты солнечной панели включают солнечные элементы, стеклянный корпус, задний лист, металлический каркас и кабели для передачи электроэнергии.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ТЕХНОЛОГИИ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Томас Эдисон разработал электричество постоянного тока (DC), схему, в которой электроны текут в одном направлении. Электричество постоянного тока работает аналогично батарее, питающей лампочку, которая была стандартом в Соединенных Штатах до 1880-х годов.Никола Тесла считал, что электричество переменного тока (AC) было лучшим решением, потому что его можно было легко преобразовать в другое напряжение, что облегчало транспортировку на большие расстояния.

Ситуация начала меняться, когда технология Tesla была выбрана на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году, и электричество переменного тока стало стандартом для электрических сетей в Соединенных Штатах. Tesla, Inc. — это теперь название компании, созданной Илоном Маском, которая использует электричество переменного тока для своих энергоэффективных транспортных средств и солнечных батарей.

[Связано: Тесла приносит самое устойчивое соседство нации в Остин ]

Солнечная энергия имеет решающее значение для всей жизни на Земле, и люди всегда находили способы использовать ее энергию. Солнечные фотоэлектрические технологии в том виде, в каком мы их знаем сегодня, используются с тех пор, как Bell Labs создала первый кремниевый элемент в 1954 году. К –1960– эффективность солнечных элементов повысилась с 4%, до 14%.

Отрасль солнечной энергетики продолжала расширяться в течение следующих десятилетий.Солнечные технологии улучшились благодаря инвестициям в исследования и разработки и нормативно-правовой базе для солнечных соединений, установленной федеральным правительством и правительствами штатов. Оба они включают такие политики, как налоговые льготы, скидки и стандарты возобновляемой энергии.

[Связано: Руководство по стимулированию федеральных солнечных панелей ]

К 1999 совокупная установленная мощность солнечных батарей достигла 1000 мегаватт (МВт) .В 2000 году, когда астронавты устанавливали солнечные панели на Международной космической станции, Sandia Laboratories изобрели современный инвертор, который повысил безопасность системы во время перебоев в подаче электроэнергии.

За прошедшие с тех пор почти два десятилетия стоимость солнечных панелей резко упала из-за инноваций в дизайне солнечных панелей и усовершенствований стеллажных систем, которые делают установку проще и быстрее.

Согласно отчету Statista, в течение почти двух десятилетий, охватывающих период с 2000 по 2019 год , чистая выработка солнечной фотоэлектрической энергии во всем мире увеличилась с 1288 МВт до 633 700 МВт .

Будущее инноваций в солнечных технологиях будет продолжать развиваться, облегчая обычным людям приобретение высокоэффективных панелей, и новые системы, вероятно, будут сосредоточены на материалах помимо кремния или в дополнение к нему. Например, недавние открытия в области перовскитов могут привести к созданию панелей с более высокой эффективностью и способности покрывать различные поверхности солнечными батареями так же легко, как и окраску.

Учитывая, что количество солнечного света, достигающего Земли каждый час, достаточно, чтобы обеспечить электроэнергию всего земного шара в течение года, потенциал солнечной энергии неограничен.

ВИДЫ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ

Производители солнечных панелей используют различные типы солнечных элементов и солнечные технологии, но наиболее распространенным материалом, используемым для солнечных элементов, является кремний (Si). Кремний — ключевой компонент различных типов солнечных панелей, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Но в зависимости от того, как вы используете солнечную энергию, важно знать преимущества любых новых технологий солнечных элементов, использующих дополнительные методы или материалы.

Солнечные элементы сделаны из кремния и состоят из положительного и отрицательного слоев для создания электрического поля, подобного батарее.Большинство солнечных панелей изготавливаются из монокристаллического или поликристаллического кремния.

МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ КРЕМНИЙ

  • Средний диапазон эффективности: 15% -24%
  • Как это сделано: Вафли вырезаются из монокристаллического блока кремния высокой степени чистоты с ячейками, которые образуют отличительную форму.
  • Внешний вид: Монокристаллические ячейки имеют однородный вид небольших черных квадратов с зазубринами на углах. Солнечные панели, изготовленные из этих солнечных элементов, обычно имеют белый или черный задний лист.
  • Характеристики: Эти панели более эффективно проводят электричество и лучше работают при высоких температурах и затененных условиях, что позволяет им вырабатывать больше солнечной энергии, чем другие панели того же размера. Поскольку этот тип технологии является наиболее распространенным, он также доказал свою надежность. Однако это самые дорогие панели, и они производят больше отходов в процессе производства.

ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ (ИЛИ МНОГОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ) КРЕМНИЙ

  • Средний диапазон эффективности: 12% -16%
  • Как это сделано: Фрагменты нескольких кристаллов кремния нагреваются, плавятся и спрессовываются, образуя большой солнечный элемент .
  • Внешний вид: Эти солнечные элементы имеют многогранную, неоднородную, подобную драгоценному камню поверхность и обычно имеют синий цвет.
  • Характеристики: Поликристаллические солнечные панели менее эффективны, но менее дороги, а также менее расточительны в процессе производства кремния. Это самые распространенные солнечные панели в мире, в первую очередь из-за производственного бума в Китае за последние несколько лет. Кроме того, эти солнечные элементы покрыты стеклянным кожухом, обычно изготовленным из стекла с антибликовым покрытием для увеличения поглощения солнечного света и повышения эффективности солнечных панелей, а также защищены задним листом.

ТОНКИЕ ПЛЕНКИ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ

  • Средний диапазон эффективности: 7% -13%
  • Как это сделано: Тонкий слой фотоэлектрического материала или комбинации материалов, таких как некристаллический аморфный кремний (a-Si), Теллурид кадмия (CdTe) или селенид галлия, индия, меди (CIGS) наносится на такую ​​поверхность, как стекло, пластик или металл.
  • Внешний вид: Тонкопленочные силиконовые панели обычно больше и имеют однородный, сплошной черный цвет.
  • Характеристики: Это новая коммерчески доступная технология, которая подходит для домов или предприятий, где свободное пространство не является проблемой. Тонкопленочные солнечные панели недорогие, простые в производстве, гибкие, портативные и легкие. Однако они менее долговечны и имеют меньший срок службы.

КРЕМНИЕВЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ

%

Тип кремниевых элементов КПД Ключевые преимущества Ключевые недостатки
9047%

9047 Самый высокий КПД , прочный, проверенный, эстетичный Самая высокая стоимость
Поликристаллический 12% -16% Более низкая стоимость, повышение эффективности Более низкая эффективность, худшая эстетика
Тонкая пленка 7 Низкая стоимость, простота изготовления, лучшая эстетика Низкая эффективность, менее проверенные

ДРУГИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Многопереходные солнечные элементы основаны на тех же принципах, что и кремниевые, за исключением того, что они спроектирован с использованием нескольких слоев различных полупроводников, которые могут захватывать больше светового спектра.

ГЕТЕРОПЕРЕХОД С ВНУТРЕННИМ ТОНКИМ СЛОЕМ (HIT)

Солнечные элементы HIT, изобретенные компанией Panasonic, используют тонкие слои собственного аморфного кремния как на верхней, так и на нижней поверхности пластины кристаллического кремния.

ПЕРОВСКИЕ

Солнечные элементы из перовскита — это кристаллы, названные в честь русского геолога Льва Перовского. Перовскиты менее стабильны, чем кремний, но могут достичь такой же эффективности солнечной энергии, как монокристаллические элементы, при более низкой стоимости.

Хотя эта многообещающая технология еще не поступила в продажу, она вскоре может быть применена в качестве пленки поверх существующих кремниевых элементов для повышения эффективности стандартных солнечных панелей. Oxford PV пилотирует производство этой технологии в Германии.

[Связано: Гонка за самыми эффективными солнечными панелями ]

КАК РАБОТАЮТ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ

Функции системы солнечных панелей проще, чем люди думают.

Солнце испускает крошечные пакеты энергии, называемые фотонами, которые путешествуют на Землю, и этот солнечный свет попадает на панели в разной степени в зависимости от их ориентации и местоположения вашего дома или офиса.Затем солнечные панели преобразуют солнечную энергию (фотоны) в электричество, когда они попадают в солнечный элемент, выбивая электроны из своих атомов. Эти электроны затем проходят через трубопровод к инвертору.

Инверторы преобразуют эту электрическую энергию из постоянного в переменный. Электроэнергия переменного тока — это то, что мы используем для наших светильников, приборов и устройств (всего, что подключается к розетке). Затем электричество переменного тока поступает на ваш счетчик электроэнергии, чтобы запитать ваш дом или сеть вашего города.

Когда солнце не светит и в ваших панелях нет солнечной энергии для преобразования в электричество, ваш дом будет продолжать получать питание от электросети.Если ваша система солнечных батарей вырабатывает больше электричества, чем вы потребляете в любой момент, это электричество потечет из вашего дома обратно в сеть. Многие коммунальные предприятия придерживаются политики чистых измерений, в соответствии с которой вы производите излишки солнечной энергии.

[Связано: Как работают солнечные панели? ]

ТИПЫ ИНВЕРТОРОВ

Другой ключевой частью солнечной электроэнергетической системы является инверторная технология. Существует три основных типа инверторов:

  • Струнный инвертор: Электроэнергия постоянного тока от вашей солнечной системы направляется через единственный инвертор, который затем подключается к вашей электрической панели.Струнные инверторы — это наименее дорогостоящее инверторное решение, но они затрудняют оценку проблем с производительностью отдельных панелей.
  • Микроинвертор: Микроинверторы прикрепляются к задней части каждой отдельной панели. Они, как правило, дороже, но позволяют осуществлять мониторинг на уровне панели.
  • Гибрид: Это промежуточное решение, сочетающее централизованный инвертор с оптимизаторами мощности на каждой панели. Оптимизаторы мощности — это технология преобразователя постоянного тока в постоянный, которая улучшает производительность за счет настройки выхода каждой панели в соответствии с инвертором.Эта технология предлагает некоторые из тех же преимуществ в производительности системы, что и микроинверторы, но при более низкой стоимости.

Инверторы предоставляют дополнительные функции помимо преобразования электрических токов для нашего использования, такие как защита от замыканий на землю и предоставление информации о производстве энергии и отслеживании точки максимальной мощности.

[Связано: Кто делает лучшие солнечные панели ]

В каком направлении должны стоять солнечные панели?

В идеале солнечные панели, установленные на стандартной скатной крыше, должны быть обращены на юг, чтобы обеспечить максимальную производительность.Если ваши панели выходят на юго-восток или юго-запад, вы можете ожидать, что они будут генерировать примерно на 10% меньше энергии , но этого может быть достаточно для питания вашего дома.

Если вы не можете установить солнечные панели, обращенные на юг, подумайте:

  • Установка панелей в другом направлении: Панели, обращенные на запад или юго-запад, могут по-прежнему производить достаточно энергии для полного или частичного питания вашего дома. Это может сделать ваш специалист по установке.
  • Установка дополнительных панелей: Хотя солнечные панели, которые не обращены на юг, не будут получать столько прямого солнечного света, вы можете компенсировать это за счет использования большего количества панелей.
  • Установка панелей на землю или стену : Распространенное заблуждение, что солнечные панели можно устанавливать только на крыше. Если вам не нравится внешний вид или ваша крыша не выходит на юг, вы можете установить систему на стене, выходящей на юг, которая получает прямой солнечный свет. Система, устанавливаемая на земле, также возможна, если у вас есть для нее место, и иногда она предпочтительна, поскольку ее дешевле устанавливать и обслуживать, чем систему, установленную на стене.

Взгляните на простой в использовании калькулятор солнечного потенциала Freedom Solar, чтобы определить оценку солнечного потенциала вашего дома. Специалист по установке также может использовать технологию для отслеживания того, как солнце попадает в ваш дом, позволяя им устанавливать панели в правильном направлении с правильным наклоном.

КОГДА СЛЕДУЕТ НА СОЛНЕЧНИК?

Переход на солнечную энергию в любое время — разумное жизненное решение, но приобретение и установка вашей системы солнечных панелей прямо перед летом принесет наибольшие выгоды.Потенциально вы можете сохранить в доме прохладу до 5 ° F, затенив крышу, что особенно полезно в теплое летнее время — это на 38% и снижение годовой охлаждающей нагрузки вашего дома.

Переход на солнечную энергию не только экономит ваши деньги на счетах за электроэнергию, но также потенциально может помочь вам сохранить свет включенным в периоды летней жары и более высокой вероятности отключения электричества.

Поскольку тарифы на электроэнергию могут быть нестабильными для потребителей в течение лета, разумно перейти на солнечную энергию до начала жаркого сезона, но, чтобы внести ясность, любое время — хорошее время.

[Связано: Подготовка к неожиданному: батареи и генераторы для резервного питания в домашних условиях ]

НАЙДИТЕ НАДЕЖНОГО СОЛНЕЧНОГО МОНТАЖНИКА, ЧТОБЫ ПОМОЧЬ ВАМ ПОПРАВИТЬСЯ НА СОЛНЕЧНИК одновременно экономя деньги. Это одно из самых разумных финансовых вложений, которое вы можете сделать в своей жизни.

Не позволяйте ничему стоять между вами и установкой системы вашей мечты. Опытный и надежный установщик солнечных батарей может помочь вам использовать силу солнца независимо от того, где вы живете и в каком направлении смотрит ваша крыша.

Freedom Solar — ведущий производитель солнечных батарей для жилых и коммерческих помещений, и мы будем рады помочь. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить бесплатную консультацию, чтобы начать работу.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *