Аморфные кремниевые солнечные батареи

Аморфные солнечные батареи

В сфере солнечных батарей аморфные солнечные батареи выходят в лидеры. Во всяком случае им прогнозируют такое светлое будущее. Тонкоплёночные фотоэлектрические солнечные модули по сравнению с кристаллическими имеют неоспоримые преимущества. Безусловно сегодня порядка 80% батарей выпускается в кристаллах, однако совсем скоро показатель будет меняться.

В настоящее время развитие пленочных аморфных солнечных батарей происходит ударными темпами, в этой области постоянно делаются все новые шаги для их массового внедрения. Широкое коммерческое будущее получили именно модули из аморфного кремния. В настоящий момент уже существует три поколения солнечных аморфных кремниевых батарей:

1. Однопереходные солнечные элементы. Они относятся к первому поколению аморфных кремниевых батарей. КПД таких батарей было крайне небольшое, порядка 5%, также такие батареи могли работать не более 10-ти лет, затем они просто приходили в негодность.

1. Второе поколение было представлено теми же однопереходными батареями, однако более совершенными. В частности КПД был увеличен практически вдвое, да и срок эксплуатации их тоже увеличился.
2. Батареи третьего поколения имеют уже серьезный КПД и могут уже конкурировать с кристаллическими. КПД уже составляет 12%. Срок эксплуатации также значительно увеличился и составляет более 15-ти лет.

Производятся и комбинированные солнечные модули, в которых имеются как аморфные элементы, так и кристаллические. Однако стоимость комбинированных батарей значительная, поэтому их использование носит ограниченный характер.

Аморфные солнечные модули второго поколения

Именно тонкопленочные аморфные однопереходные батареи на сегодняшний момент считаются наиболее перспективными в плане внедрения. Преимущества таких батарей очевидны. Прежде всего себестоимость составляющих элементов достаточно приемлемая. Аморфные батареи имеют лучшие по отношению с кристаллическими показатели мощности. Аморфные батареи имеют меньшую стоимость еще и потому, что для их производства требуется значительно меньше кремния, чем для изготовления кристаллических батарей.

Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.

Основные преимущества кристаллических аморфных батарей

Безусловно первым и основным преимуществом тонкопленочных аморфных модулей является их стоимость. Она намного ниже, чем у кристаллических батарей при том КПД, однако существуют и другие преимущества, которые являются решающими при выборе для потребителя. К основным преимуществам можно отнести:

1. Если температура меняется на повышение, то солнечные аморфные батареи работают намного более эффективно. В яркий солнечный день аморфные батареи производят электрической энергии намного больше, чем кристаллические. При повышении температуры кристаллические батареи становятся значительно менее эффективными. Не секрет и тонкопленочные батареи теряют свою эффективность при нагреве, однако потери здесь существенно ниже. Например, при нагреве эффективность кристаллической батареи снижается на пятую часть.

1. Безусловный плюс аморфных батарей — это возможность вырабатывать электроэнергию даже при рассеянном освещении. Аморфные батареи продолжают функционировать даже тогда, когда кристаллические батареи просто становятся неэффективными. Даже при слабом освещении аморфные кремниевые элементы могут генерировать электроэнергию.
2. Стоимость выработанной электроэнергии у аморфного кремния ниже.

Аморфные солнечные батареи сегодня развиваются максимально возможными темпами, инвесторы охотно вкладывают в эту энергетическую сферу все больше средств. Объемы производства значительно увеличиваются, а значит уменьшается стоимость конечной продукции. Также растет качество товара и его энергоэффективность.

В процессе производства аморфных панелей не является достаточно сложным технологическим процессом, вот почему отходов в процессе производства меньше. Кристаллические батареи между собой спаиваются, тогда как тонкопленочные модули производятся как готовые конструкции, причем формат их может быть самым разным.

Даже при рассеянном свете, то есть в пасмурную погоду потери по мощности у аморфных батарей существенно меньше. Кремниевые батареи, находящиеся в тени или загрязненные, теряют до четверти мощности. В пасмурную погоду эффективность аморфных батарей намного выше.

В чем недостатки тонкопленочных аморфных солнечных батарей

КПД у аморфных батарей все же в два раза ниже. Это является основным минусом в сравнении с кристаллическими модулями. Однако плюсов у аморфных батарей несравненно больше и недостаток КПД перекрывается с лихвой.

Тонкостенные аморфные солнечные модули: конструктивные особенности

В качестве подложки используется либо различные гибкие материалы, либо стекло. Подложка должна пропускать солнечные лучи. Использование в качестве основы гибких материалов позволяет аморфные батареи размещать на одежде или сумках, в условиях жаркого климата, на фасадах зданий. Батарея достаточно эффективна в облачную погоду. Время эксплуатации аморфных батарей такое же как и кристаллических. Однако технология производства совершенствуется. В общем выбирать безусловно потребителю.

Источник

Солнечные батареи из аморфного кремния: плюсы и минусы

Помимо классических монокристаллических и поликристаллических панелей, несколько лет назад большой популярностью начали пользоваться солнечные батареи из аморфного кремния. Долгое время они практически не применялись, причиной чему был крайне низкий КПД. Однако с переходом на тонкопленочную технологию изготовления производительность A-Si значительно выросла. Сегодня их широкое использование базируется на удачном соединении низкой себестоимости.

Панели из кристаллического и аморфного кремния – главные отличия

Несмотря на использовании во всех трех типах батарей одинакового полупроводникового материала – кремния – Moni-Si, Poli-Si и A-Si имеют одно важное конструктивное отличие. Заключается оно в форме поглощающей фотоны поверхности.

1. Moni-Si. В монокристаллических ячейках игольчатые поверхности кристаллов расположены под одним углом. По этой причине при строго вертикальном падении лучей уровень генерации таких ячеек максимален, но при малейшем отклонении угла от 90° эффективность резко падает.
2. Poli-Si. Из-за иной технологии выращивания кристаллов их поглощающие грани размещены разнонаправлено. Это несколько снижает коэффициент поглощения солнечной энергии при прямом падении лучей, но повышает при угловом.
3. A-Si. Солнечные батареи из аморфного кремния обладают «рыхлой» поверхностью, под электронным микроскопом напоминающей пену. Главное ее преимущество – практически неизменный показатель поглощения, независимо от углов наклона к солнцу и азимута на него. В ясную погоду это качество является негативным. Но в регионах с преобладанием пасмурных дней среднегодовая производительность A-Si имеет хорошие показатели. Несмотря на достаточно низкий (в сравнении с поли- и монокристаллом) номинальный КПД.

Более эффективен последний тип батарей и в условиях постоянной загазованности окружающей среды, а также в местностях с частыми пылевыми бурями.

Краткая история совершенствования панелей из аморфного кремния

В качестве полупроводника этот материал впервые привлек внимание ученых только в 1980-х. Такое внимание он заслужил рядом уникальных свойств, главными из которых была простота производства и возможность создавать токопроводящие поверхности любого размера.

Поначалу аморфный кремний использовался исключительно в электронном оборудовании, и только к концу 20 века были изготовлены первые фотоэлектрические элементы на его основе. За последующие 20 лет было создано три поколения солнечных батарей A-Si, каждое из которых существенно превосходило предыдущее.

• Первое поколение – однопереходные ячейки. Плюс – дешевое производство. Минус – срок службы около 10 лет и КПД менее 5%.
• Второе поколение – усовершенствованная модификация ранних моделей. Плюс – увеличение срока службы до 20 лет. Минус – все еще низкая эффективность порядка 8%.
• Третье поколение – принципиально новая технология. Аморфный кремний стал наноситься на подложки путем испарения с последующей конденсацией. Плюс – новые панели стали гибкими и долговечными. Минус – КПД пока так и не достиг уровня кристаллической фотовольтаики, хотя и поднялся до 14-16%.

Тем не менее, даже при такой эффективности батареи A-Si начали конкурировать с монокристаллическими и поликристаллическими аналогами. Характерен один из экспериментов, проведенный Институтом Высоких Температур (ИВТАН) в Москве. На одном из зданий было установлено два типа панелей – монокристаллических и аморфных. В условиях мегаполиса, расположенного в умеренно высоких широтах, оба типа батарей сгенерировали за год:

• A-Si – 726 кВт*ч / 1кВт;
• Moni-Si – 689 кВт*ч / 1кВт.

При этом номинальный КПД первых составлял всего 14,8%, а вторых – 22,9%.

Отдельно стоит выделить гибридную технологию гетероструктурных батарей, когда солнечные элементы формируются и на основе аморфного кремния, и кристаллического кремния. Такой подход позволяет повысить генерацию при экстремально высоких и низких температурах, а также в условиях низкой освещенности (в сравнении с моно/поли), а в обычных условиях — генерировать больше, чем чистый аморфный кремний. Такую технологию производства солнечных батарей использует, в том числе, и отечественная компания Хевел.

Достоинства и недостатки аморфного кремния – краткие итоги

Среди основных преимуществ таких солнечных батарей можно выделить следующие:

1. Минимальный температурный коэффициент. Высокие температуры практически не оказывают влияния на эффективность панелей A-Si. Если у монокристаллов нагревание рабочей поверхности выше 25°C приводит к падению КПД на 0,5% каждый градус, то у тонких аморфных пленок этого не наблюдается.
2. Высокий уровень генерации при слабом освещении. В условиях облачности, рассеивания света пылью или газами и при низко стоящем солнце A-Si на 15-20% производительнее, чем, соответственно, Poli-Si и Moni-Si. Они продолжают генерировать энергию даже при сильном дожде, когда выработка моно- и поликристаллов падает практически до нуля.
3. Незаметность. Особенности строения, малая толщина и отсутствие кристаллической решетки делают солнечные панели из аморфного кремния похожими на полупрозрачную полимерную пленку. Похожими свойствами обладают и перспективные модели других типов тонкопленочных батарей, но последние гораздо менее эффективны.
4. Отсутствие брака. Процедура изготовления A-Si не требует использования пайки – наиболее «слабого места» традиционных типов фотовольтаики. Несмотря на дешевизну, высокую скорость и простоту производства, бракованные аморфные пленки практически не встречаются.
5. Слабая реакция на частичное затенение. Еще одна огромная проблема традиционных СЭС, никак не затрагивающая аморфный кремний. Падение тени на любую часть панели A-Si незначительно влияет на ее работоспособность.

Единственным недостатком этой разновидности батарей является пока еще недостаточная удельная мощность. Но вероятность ее выхода на КПД солнечной батареи около 20% уже в следующем поколении очень высока.

Области применения

Сферы использования панелей из аморфного кремния диктуется их главными достоинствами. Наиболее часто пленки A-Si рекомендуются к применению в следующих случаях:

• значительной загазованности и/или запыленности воздуха;
• преобладания неблагоприятных погодных условий, прежде всего частой облачности и осадков;
• высоких среднегодовых температур окружающей среды;
• сложности или инженерная нецелесообразность установки панелей в оптимальное положение относительно солнца;
• при стремлении использовать полупроводниковые элементы в качестве полупрозрачных стекол или пленки – довольно частое дизайнерское решение в современном мире.

Как основной источник энергии батареи из аморфного кремния пока малоэффективны. Однако в качестве альтернативного ее поставщика – особенно в паре с аккумуляторами – их применение встречается все чаще.

Источник

Аморфные солнечные батареи: изготовление, преимущества, область применения

Дата публикации: 3 мая 2019

Создание первых образцов аморфных пленочных батарей стало новым открытием в сфере альтернативных источников электрической энергии. За несколько лет модель удалось усовершенствовать, добившись от простой конструкции выдающихся технико-эксплуатационных характеристик. Эксперты, занимающиеся исследованиями в области энергетики, утверждают: очень скоро аморфные солнечные панели займут лидирующее положение в своем сегменте и будут запущены в массовое производство.

Технологии производства солнечных панелей из аморфного кремния

Изготовление моделей солнечных панелей осуществляется с использованием тщательно очищенного кремния цилиндрической формы диаметром несколько десятков миллиметров. Заготовку режут на диски толщиной в несколько микрон, после чего подвергают легированию. В обработанной пластине образуются области с разной электрической проводимостью, в зависимости от количества электронов, – р-проводимостью и n-проводимостью. Соединение нескольких дисков в различных вариантах позволяет получить пластину, вырабатывающую электрическую энергию под воздействием света. В качестве основы для пластины кремния могут выступать:

• специальные виды керамики;
• стекло особой очистки;
• кристаллы сапфиров и другие материалы, обладающие светопропускной способностью.

Благодаря безотходному характеру производства, готовые панели имеют относительно невысокую стоимость, что немало способствует их популярности.

Этапы совершенствования аморфных солнечных батарей из кремния

Быстрое развитие и постоянное усовершенствование технологии производства панелей позволило предложить на выбор сразу несколько поколений устройств:

• первое поколение – так называемые однопереходные конструкции с относительно низким КПД до 5% и непродолжительным сроком службы;
• второе поколение – доработанные модели с КПД до 8% и увеличенным сроком эксплуатации, идеальное сочетание качества и стоимости;
• третье поколение – эффективные батареи с КПД до 12%, которые планируется запустить в массовое производство.

Не уступая своим прямым конкурентам – кристаллическим батареям – по уровню мощности, аморфные солнечные батареи значительно опережают их по доступности цене.

Плюсы и минусы аморфных солнечных панелей

В числе основных достоинств конструкций из кремния стоит отметить:

• незначительную потерю мощности в условиях стабильного повышения температуры. В отличие от кристаллических моделей, теряющих до 20% первоначальной мощности, аморфные солнечные батареи сохраняют эффективность на всем протяжении солнечного сезона года;
• возможность эксплуатации в условиях рассеянного освещения, благодаря которому объем вырабатываемой электроэнергии увеличивается на 20%. В свою очередь кристаллические панели в условиях рассеянного освещения практически бесполезны;
• вопрос стоимости. Цена ватта мощности кремниевых батарей ниже, чем этот же показатель у кристаллических моделей. Удешевлению альтернативной энергии дополнительно способствует усовершенствование производственного процесса и применение инновационных технологических решений;
• незначительный процент дефектов в готовом изделии за счет простой конструкции без сложных соединений элементов;
• незначительную потерю мощности в условиях пасмурной погоды, когда кристаллические модели теряют до 25% в условиях недостаточного освещения или загрязнения поверхности.

Единственное, в чем проигрывают аморфные солнечные панели, – это пониженный КПД, в 2 раза отличающийся от уровня КПД кристаллических батарей. Однако этот недостаток полностью компенсируется перечисленными преимуществами.

Рекомендации по применению солнечных батарей из аморфного кремния

Благодаря преимуществам устройства можно без ограничений эксплуатировать:

• при повышенной облачности;
• жаркой погоде с повышением температуры воздуха до 55°С и выше;
• минимальных ограничениях по весу и размеру источника энергии;
• необходимости встроить батарею в стену или оконные проемы, установить непосредственно на фасад здания.

Использование в качестве основы под кремниевые пластины гибких материалов с хорошей светопропускной способностью позволяет использовать батареи в пошиве дизайнерских моделей одежды и аксессуаров. Кроме того, им находят полезное применение в бытовых условиях, для которых актуально получение недорогой электроэнергии. Возможно, дальнейшее совершенствование производства дополнительно расширит сферу применения кремниевых батарей и дополнительно снизит их себестоимость.

• Отопление дома – просим помощи у Солнца
• Студенческая разработка повышает эффективность солнечных батарей на 20%
• Возможности солнечной энергии
• Какой контроллер выбрать для солнечных батарей

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник