Гетероструктурные солнечные батареи недостатки

Российские и китайские солнечные панели. Не можете определиться с выбором??

Наконец-то в наличии на нашем складе то, о чем давно и долго говорили, ждали и надеялись – солнечные модули отечественного производства, произведенные целиком на территории нашей страны, причем по самым современным технологиям. Завод в Новочебоксарске существует конечно, уже давно, панелей выпустил так же достаточно большое количество, однако тонкопленочная технология, по которой выпускались панели ранее, мягко сказать, устарела еще на момент запуска производственной линии. Максимальная мощность тех панелей не превышала 125 Вт при площади 1,3х1,1 метр, посему ждали именно этих батарей, новых и мощных, конкурентноспособных и импортозамещающих, выполненных по гетероструктурной технологии. В России имеются и другие заводы (к примеру, Рязанский завод металлокерамических приборов) – однако, по причине того, что кремниевые ячейки они закупают в Китае, корректнее считать их заводами по сборке солнечных батарей.

Итак, к нам поступили модули мощностью 320Вт и габаритами 1671х1002х35 см. Еще несколькими годами ранее в таком габарите продавались панели мощностью не более 250Вт, сейчас, конечно, такой мощностью уже никого не удивишь, как пример – находящиеся на соседнем паллете Seraphim Eclipse SRP-320-E01B с такой же мощностью. Пользуясь возможностью сделаем обзор-сравнение – премиальные панели от производителя Tier1 и наши отечественные панели пока неизвестного статуса (хотя, учитывая факт, что одним из факторов попадания в списки Tier, является объем продукции в год – Хевелу пока данный топ «не светит»).

Во внимание пока не будем брать электрические характеристики панелей – лабораторный тест произвести не получится, а результаты лабораторных внутризаводских испытаний приведены на наклейках на «спинах» испытуемых, а вот и их фото:

Немного смущает момент с разбросом характеристик выходной мощности на российских панелях. Почему-то отечественные в этом плане немного отстают: номинал полученный при заводских испытаниях меньше заявленного (317.7 против 320), отечественный толеранс – плюс-минус 5%, китайский – исключительно положительный 0-5%. Кстати, на отечественных панелях результат заводских испытаний печатается непосредственно на наклейке. При этом, китайский производитель дает только общий результат на партию, печатая усредненные характеристики на наклейке (однако дополнительно на каждую коробку панелей прилагается таблица с результатами испытаний с привязкой к серийному номеру батареи – значения в данных таблицах всегда больше номинала, то есть покупая 320 Вт мощность меньше данного значения вы никогда не получите).

Обратите внимание на рамы – черные анодированные у «китайца» (это, конечно, особенность серии Eclipse, панели попроще идут с обычными анодированными рамами) и крашеный порошковой краской алюминий у наших соотечественников. Крашеная рама – редкое явление на нашем рынке, есть ли в этом необходимость – большой вопрос. Алюминий, в принципе, крайне стоек к атмосферной коррозии. Однако, вспомним о существовании электрохимической коррозии биметаллических пар, которая может возникнуть в случае применения неспециализированных крепежных конструкций, – в этом плане панели Hevel немного, но выигрывают у конкурентов.

Количество Bus bar: легко, казалось бы, сравнить – насчитываем 18 штук у HJT и … Вот тут немного прервемся, шаг в сторону, и вспомним, что панели Eclipse-серии отличаются от прочих главным: фотоячейки без басбаров и без разрывов (так называемая Shingled технология). Реализовано это так: батареи выполнены из наложенных друг на друга фотоэлементов, нижний край каждого фотоэлемента покрывает верхнюю часть следующего элемента, а площадь перекрытия покрыта токопроводящей пастой и вся целиком выполняет функцию Busbar. Сами фотоэлементы, полученные из стандартных фотоячеек лазерной резкой, довольно малы, поэтому площади контакта достаточно для съема всего тока генерации. Так что тут паритет: в одну упряжку мы включили «коней» разных пород, но с одинаковой мощностью. Так что выбирайте сами, что вам кажется лучше, технологичнее или просто эстетически приятнее – ровные ячейки или панели «без единого разрыва».

Качество пайки, вскрываем распред коробки: у панелей Hevel полностью автоматизированное, эталонное. А у Seraphim даже нет защелок чтобы снять крышку – все залито и закрыто, поэтому за пример возьмем распредкоробку хороших китайских панелей SunSpare (уже немного послуживших на крыше нашего старого склада).

Hevel HVL-320/HJT	SunSpare TDM-310

В данном аспекте я думаю однозначный паритет – Seraphim явно не хуже сделан в скрытой от глаз части, так же как и все прочее, но лишний раз полюбуйтесь на качество пайки…

Качество герметизации: судя по внешнему виду, российские панели герметизируются готовыми лентами герметика, наклеиваемыми строго под рамы (уточнить это нигде не удалось, но ощущение именно такое – герметика совсем не видно, а он точно есть, посмотрите на фото распредкоробки), и автоматическое нанесение герметика в Seraphim Eclipse. Где лучше – на наш взгляд поровну, ведь главное герметичность, и у обоих конкурентов она на высшем уровне.

Hevel HVL-320/HJT	Seraphim Eclipse SRP-320-E01B

Качество упаковки: обратим внимание и на этот момент, ведь «из деталей набирается дьявол», а из копеек — рубль. Уголки панелей у Серафим и Хэвел аккуратно закрыты картоном, однако, деталь – отечественные панели едут в паллете «лежа» и заботливо проложены дополнительными пробковыми прокладками. Это однозначный балл Новочебоксарскому заводу. Панели Серафим едут «стоя», стянутые стреппинг-лентой.

Общее качество изготовления – субъективно оцениваемый параметр, даем одинаковую оценку обоим испытуемым: качество на высоте.

Последний параметр, который остался за кадром, цена. На текущий момент стоимость SRP 320 – 18 500 руб., а РРЦ панелей Hevel – 17 500 руб. Обе цены по мнению интернет-большинства, покажутся негуманным, однако, наш опыт позволяет сказать однозначно: в условиях длительной эксплуатации, лучше переплатить за гарантированное качество, чем спустя небольшой временной промежуток искать ответственного за расслоение, обесцвечивание и прочие недуги солнечных панелей ультрабюджетного сегмента.

Выводы: превосходное качество российских панелей ни на шаг не отстающее от премиальных китайцев. Конечно в тестах панелей, как и в тестах машин важен срок службы и, к сожалению, в рамках обзорной статьи раскрыть это не получится. Поживем увидим, но есть уверенность, что оба наших образца великолепно себя покажут даже спустя многие годы эксплуатации!

Что можно сообщить как итог – наконец мы получили отечественные солнечные панели, достойные сравнения и ничем не уступающие продукции мировых лидеров солнечной энергетики. Наши поздравления отечественному производителю!

Также не стоит забывать наши законотворческие реалии, все мы знаем как долго и тяжело рождаются изменения в Закон об электроэнергетике (тот самый «зелёный тариф» или «закон о микрогенерации»). Планируя масштабную стройку сейчас будущий собственник не должен забывать, что к моменту появления финальной версии закона в нём может оказаться интересный пункт. И повторится история с большими солнечными электростанциями, где право продажи в сеть дано лишь тем, кто может подтвердить Российское происхождение как минимум 60% компонентов солнечной электростанции.

Источник

Гетероструктурная технология

Гетероструктурная технология предусматривает формирование солнечных элементов на основе контакта двух типов полупроводников: легированных слоев аморфного кремния с положительными носителями заряда (p) и кристаллического кремния с отрицательными носителями зарядом (n) – так называемый p-n переход – базовый элемент современной электроники. При попадании солнечного света на p-n переход, подключенный к потребителю, через электрическую цепь протекает ток – солнечный элемент вырабатывает электроэнергию.
Ключевыми преимуществами технологии гетероперехода являются: высокий КПД и стабильность параметров, что позволяет обеспечивать высокое качество конечной продукции.
Это достигается за счёт ряда технологических особенностей при производстве, а именно:

• Напыление легированных слоёв аморфного кремния позволяет повысить эффективность работы при экстремально высоких и низких температурах, а также в условиях низкой освещенности.
• Пассивация задней поверхности уменьшает рекомбинацию (потери при переходе), что в свою очередь обеспечивает увеличение напряжения холостого хода и снижение температурного коэфициента.
• Использование антиотражающих покрытий позволяет снизить отражение от поверхности с 30 до 10%.
• Используется специальное стекло повышенной проницаемости.
• Металлические контакты на поверхности расположены максимально близко друг к другу для минимизации поперечных резистивных потерь и в то же время очень тонкие, чтобы уменьшить затеняемую площадь поверхности.

Таким образом достигается:

• до 10%* повышенной выработки на 1 кв. м площади за счёт низкого температурного коэффициента
• до 13%* более эффективное использование площади и экономия на комплектующих
• до 21%* прироста совокупной выработки на протяжении всей жизни модуля за счёт низкой деградации

*По сравнению с монокремниевыми модулями аналогичной мощности

ЭТАПЫ ПРОИЗВОДСТВА ГЕТЕРОСТРУКТУРНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

1. УЧАСТОК ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ И СОРТИРОВКИ ИСХОДНЫХ ПЛАСТИН КРЕМНИЯ (WIS)
Исходные пластины кристаллического кремния поступают на участок входного контроля.
Здесь пластины сортируются по типам дефектов, проходят разбраковку. Годные пластины кремния автоматически загружаются в кассеты и подаются на участок химобработки.

2. УЧАСТОК ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ТЕКСТУРИРОВАНИЯ ПЛАСТИН КРЕМНИЯ
Первой операцией на данном участке является химическая обработка – удаление нарушенного слоя при резке пластин. Следующая задача – создать текстурированную поверхность пластины с целью максимального поглощения падающего света. Формирование пирамидальной светопоглощающей текстуры на поверхности пластины монокристаллического кремния происходит путем селективного анизотропного (медленного) травления. Процесс происходит в специальных ваннах с раствором щелочи при температуре 850 С.

3. ЛИНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕТЕРОПЕРЕХОДНЫХ СТРУКТУР
Далее на подготовленные пластины монокристаллического кремния (на лицевую и тыльную стороны) в установках KAI по технологии плазмохимического осаждения синтезируются (наносятся) тонкие наноразмерные слои (пленки) аморфного гидрогенизированного кремния.
Создание гетеропереходов на обеих сторонах пластины монокристаллического кремния происходит в несколько этапов: линия автоматизации подает кассеты с подготовленными пластинами в установки KAI первого напыления, где наносится аморфный кремний на лицевую часть пластины, после выполнения операции, автоматически, через зону ISO 7 пластины возвращаются на участок автоматизации, переворачиваются и направляются в KAI второго напыления для нанесения пленок на тыльную сторону.

4. УЧАСТОК НАНЕСЕНИЯ КОНТАКТОВ
После создания гетероструктуры ячейки подаются на участок формирования антиотражающего и металлических контактных слоев. Здесь на них наносятся слои ITO – оксида индий олова и другие пленки, после чего пластины приобретают оттенки синего и фиолетового цвета.

5. ЛИНИЯ МЕТАЛЛИЗАЦИИ
Далее на пластины методом трафаретной печати наносится токосъемная сетка, что обеспечивает эффективный сбор и передачу генерируемой солнечной ячейкой электрической энергии.
Токосъемная сетка формируется путем продавливания серебросодержащей пасты через сетчатый трафарет и последующего процесса термообработки (впекания) при температуре около 2000С.

6. УЧАСТОК ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И СОРТИРОВКИ ГОТОВЫХ ФЭП (CIS)
Завершает процесс производства фотоэлектрических преобразователей участок измерения характеристик и сортировки. Здесь замеряются все электрофизические характеристики солнечных ячеек: ток, напряжение, мощность и т.д. и сортируются по параметрам.

Источник

Современные системы независимого электроснабжения дома на солнечных батареях

Специалисты сходятся во мнении, что будущее — за автономными экологически чистыми системами энергоснабжения. Солнечную энергетику рассматривают как наиболее вероятную альтернативу нынешним технологиям генерации электричества, в первую очередь потому, что конечному потребителю она будет обходится дешевле — если принять во внимание, что цены на электричество, вырабатываемое «традиционными» способами, растут по всему миру.

Солнечная электростанция: как это устроено

В общих чертах солнечная электростанция для частного дома состоит из нескольких компонентов, каждый из которых играет важную роль в получении энергии. В первую очередь это сами солнечные модули, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в постоянный ток, и инфраструктура, которая обеспечивает дальнейшее преобразование тока в переменный, аккумулирование и подачу к бытовым приборам. Как выглядит солнечный модуль, несложно представить: это плоская панель, состоящая из фотоэлектрических ячеек, которые под действием солнечного света вырабатывают постоянный ток. Если панелей несколько, они соединяются между собой специальными кабелями и коннекторами (МС4). Входящий в систему инвертор преобразует постоянный ток в переменный. Вспомогательные элементы системы – солнечные кабели и электрораспределительный щит. Автономные солнечные электростанции также включают в себя аккумуляторные батареи и контроллер их заряда/разряда. Сетевые электростанции не оборудуются батареями и контроллером по причинам, которые разберем ниже.

Автономные и сетевые: в чем различие

Полностью автономные солнечные электростанции, как понятно из названия, созданы для домов, не подключенных к централизованному электроснабжению. Днем, в период солнечной активности, автономная система обеспечивает текущие энергопотребности дома и заряжает аккумуляторные батареи, которые снабжают дом энергией в ночное время. Понятно, что в центральной России вряд ли найдется населенный пункт, к которому не подведено электричество. Однако «автономки» актуальны даже в благополучном Подмосковье, поскольку их можно использовать не только вместо централизованной подачи энергии, но и вместе с ней. Например, вы купили участок земли, к которому на данный момент не подведено централизованное энергоснабжение. С помощью автономной электростанции вы решаете проблему электроснабжения вашего объекта. Когда же вам подведут электричество, можно будет докупить контроллер для вашей солнечной электростанции (СЭС) и модернизировать автономную СЭС в автономно-гибридную. В дальнейшем к солнечной системе можно выборочно подключить некоторые наиболее часто используемые электроприборы — и, соответственно, не платить за электричество, которое они потребляют. Кроме того, автономная электростанция на солнечных батареях – отличный резервный источник электричества на случай его аварийного отключения, а такое в дачных и коттеджных поселках случается нередко, особенно после сильных ветров или ледяных дождей, а также вследствие перегрузки изношенных сетей из-за повышенного энергопотребления в пиковые часы.

Сетевые электростанции на солнечных батареях не накапливают электроэнергию, они работают параллельно с внешней сетью по приоритетной схеме. Дом в основном снабжается от солнечных модулей, а внешняя сеть используется только ночью, при плохой погоде или при недостатке мощности. Излишки энергии, выработанной солнечными батареями, можно даже продавать другим пользователям – подробнее об этом здесь.

При выборе поставщика солнечной электроустановки нужно обращать внимание на множество аспектов, одним из них является комплектность решения. Ориентируясь только на цену «коробочного» решения и не владея тонкостями вопроса, потребитель может в итоге переплатить. Часто в цену комплекта включены не все необходимые компоненты и потребитель узнает об этом только на этапе монтажа, когда нужно докупить тот или иной компонент. Но это меньшее из зол. Хуже, когда в составе электроустановки используется не самое надёжное или несовместимое оборудование. Эта ситуация чревата уже серьезными потерями: от низкой эффективности станции за счет несогласованной работы плохо подобранного оборудования до выхода всей системы из строя из-за поломки какого-либо элемента. А ведь солнечная электроустановка — удовольствие не из дешевых, и работа электростанции рассчитана на 30 и более лет. Как не попасться на удочку недобросовестных продавцов и какие критерии определяют надежность поставщика, можно почитать здесь.

Какие солнечные модули лучше? Доступно о технологиях

В Интернете постоянно идут настоящие баталии по поводу «Какие солнечные батареи лучше?!». Чтобы понять это, придется немного углубиться в технические подробности.

Фотоэлектрические элементы солнечных батарей изготавливаются на основе кремния, который может быть «организован» несколькими способами. Наибольшее распространение на рынке получили моно- и поликристаллические панели. Они состоят из пластин, которые имеют в основе один цельный или множество отдельных кремниевых кристаллов высокой чистоты. Для защиты от внешних воздействий ячейки кристаллических солнечных модулей покрывают закаленным стеклом, хорошо пропускающим свет.

КПД монокристаллических модулей выше (в среднем около 18%) – следовательно, они вырабатывают больше энергии на единицу площади в сравнении с поликристаллическими (обычно не превышает 16%); однако выше и цена. Недостатки у обеих разновидностей общие.

• Потеря мощности при нагреве. Она может быть очень существенной – до 25% (в пределах рабочей температуры батарей). Эта проблема актуальна не только в жарком климате. Даже в прохладном Подмосковье в безветренный солнечный день темный предмет, находящийся на солнцепеке, нагревается до температур куда более высоких, чем окружающий воздух.
• Невысокая эффективность при слабой освещенности и высокая чувствительность к затенению. Существует мнение, что эти недостатки связаны скорее с качеством изготовления панелей у отдельных производителей, чем с особенностями технологии в целом, однако это спорный вопрос.

Нивелировать минусы кристаллических батарей пытаются разными способами – например, использованием технологии PERC (пассивация задней панели), но это удорожает производство и, как следствие, сказывается на стоимости солнечных панелей.

В отличие от кристаллических тонкопленочные модули хорошо улавливают рассеянный свет и в них меньше всего кремния, поэтому они дешевле, но КПД таких модулей не очень высок — 10-12%, поэтому для эффективного электроснабжения нужно больше площади. К тому же срок службы у них меньше из-за более высокой деградации.

Гетероструктурные солнечные панели являются новинкой российского солнечного рынка, чего не скажешь про зарубежный. Эта технология на данный момент является наиболее современной и эффективной, а где, как не в Европе, знают толк в высокой эффективности и надежности? Во всем мире пока насчитывается всего несколько производителей солнечных панелей этого типа, так как инвестиции в организацию производства такого типа довольно серьезные, но и продукция имеет совершенно иные показатели, определяющие качество продукта премиального уровня. Не без гордости стоит заметить, что одним из производителей, выпускающих гетероструктурные батареи, является российская компания «Хевел», которая разработала и внедрила собственную технологию изготовления гетероструктурных модулей. Примечательно, что Хевел является единственным производителем этих батарей не только в России, но и в Европе. Предприятие осуществило грандиозную модернизацию производственных мощностей, оснастив их самым передовым европейским оборудованием. Теперь «Хевел» может предложить современные солнечные батареи не только российскому потребителю, но и взыскательным клиентам за рубежом.

Чем же так хороши гетероструктурные батареи?

Гетероструктурные солнечные панели сочетают в себе преимущества тонкопленочных и кристаллических: по КПД они, как уже говорилось, превосходят модули на поли- и монокристаллах, отлично работают в условиях переменной облачности и менее чувствительны к жаре. Еще одно важное преимущество гетероструктурных модулей – низкий коэффициент деградации; выражаясь простым языком – они практически не подвержены «старению» и сохраняют свою высокую эффективность даже спустя десятки лет. Официальная гарантия на производительность модулей Хевел составляет 25 лет. За это время они могут потерять максимально не более 17% мощности. Таким показателем не может похвастаться ни одна из вышеописанных технологий. Важно отметить, что солнечные модули отечественного производства адаптированы под особенности российского климата, и результаты их испытаний были получены именно в тех условиях, в которых им предстоит работать.

Высокая эффективность модулей (до 22,3 % для двусторонних модулей (BiFi +20%)), в том числе в условиях слабой освещенности, низкая степень деградации и температурный коэффициент, соответствие российским стандартам и техническим требованиям, адаптированность к российскому климату – все это в целом обеспечивает высочайшие показатели по выработке (до +20% для двусторонних модулей) и высочайшее качество продукта.

Монтаж: основные моменты

В частном доме лучшее место для установки солнечных модулей – крыша. В принципе, нет никаких технических ограничений и для установки на земле, но из-за высокой стоимости земли этот вариант менее популярен.

Форма кровли может быть любой: плоская, обычная скатная, вальмовая, многощипцовая и пр. Оптимальный угол наклона крыши может разниться от региона к региону. Точный угол наклона крыши в конкретном регионе необходимо уточнять у специалистов. Важно обращаться в компании, имеющие значительный опыт в реализации проектов на рынке и зарекомендовавшие себя в качестве экспертов отрасли. Одной из таких компаний можно считать все того же российского производителя гетероструктурных панелей – компанию «Хевел». «Хевел»по праву считается брендом №1 на рынке солнечной энергетики по совокупному объему построенных в России солнечных станций.

Хорошо, когда угол наклона крыши можно предусмотреть еще на этапе проектирования дома, но чаще всего солнечные модули устанавливаются на уже готовую крышу. В этом нет ничего страшного: наклон модулей можно откорректировать с помощью опорных конструкций. Солнечные модули лучше всего устанавливать на южной стороне кровли – там они будут получать самое большое количество солнца. Хорошо себя показывает и установка с ориентацией на запад или восток, северную сторону специалисты не рекомендуют. В целом нежелательно, чтобы крышу затеняли большие деревья или другие дома – это в бОльшей или мЕньшей степени (в зависимости от типа модулей, о чем писали выше) снижает КПД солнечных элементов.

Материал кровли тоже не играет особой роли: компания «Хевел», например, подбирает опорные конструкции к конкретной кровле, ее конфигурации и материалу. Если на крыше есть мансардные окна, установлены аэраторы или система снегозадержателей, это не проблема: солнечные модули совершенно не обязательно устанавливать вплотную друг к другу.

Площадь кровли влияет на количество солнечных панелей, которые можно на ней установить. Зачастую полезная площадь ограничена, поэтому важным аспектом является коэффициент использования пространства: чем выше эффективность модулей на единицу площади, тем больше кВт вы сможете получить с одной и той же поверхности. В случае с гетероструктурными батареями, ввиду их высокой эффективности, коэффициент использования пространства максимальный. Допустим, у нас есть дом размерами 6х9 м с обычной двускатной крышей; полная полезная площадь (одного ската) будет около 30м 2 ; на таком скате можно установить около 15 гетероструктурных модулей Хевел (что составляет 4,8 кВт).

Несущая способность стропильной системы – важный момент, так как на кровлю будет приходиться заметный дополнительный вес. Упомянутая выше солнечная электростанция из 15 модулей весит около 285 кг, плюс некоторый дополнительный вес от крепежных элементов. Перед установкой модулей сертифицированная «Хевел» монтажная бригада проводит аудит кровельных конструкций; обычно никакое дополнительное усиление им не требуется, так как нагрузка распределенная.

Сроки монтажа составляют обычно 1-2 дня, работы не связаны с особенным дискомфортом для владельцев дома или соседей. Если установка солнечных панелей запланирована на стадии строительства дома, какое-то время может занять прокладка штроб для кабелей; в уже заселенном доме проводку можно проложить в кабель-каналах.

Эксплуатация: самые важные вопросы

Как солнечные панели выдерживают плохую погоду? Если речь идет о качественном продукте, то, например, гетероструктурные модули «Хевел» имеют класс герметизации IP 65, что означает полную защиту от попадания пыли и струй воды независимо от их направления. Что касается механической прочности, то по результатам инструментальных испытаний модуль «Хевел» выдерживает нагрузку до 2,4 кПа – это около 245 кг/м 2 . Таким образом, ни дождь, ни град не могут нанести вреда. Если речь идет о выпадении снега, то поскольку солнечные панели немного нагреваются во время работы и располагаются под углом, снег сходит без каких-либо проблем. Если по какой-то причине этого не произошло (что очень маловероятно), снег можно убрать автомобильной щеткой или другим подручным инструментом с мягкой рабочей частью. Диапазон рабочих температур модулей «Хевел» – от -40 до +85°С, существует даже специальное арктическое исполнение для температур до -60°С.

Нужно ли солнечной электростанции специальное обслуживание? Практически нет. При необходимости солнечные панели можно мыть, если на поверхности скопились грязь или птичий помет. Мелкая пыль, как правило, смывается осадками. Что до периферических устройств (инвертор, контроллер, аккумуляторы), то их, как любое электрооборудование, желательно держать в отапливаемом помещении вдали от источников огня и нагревательных приборов.

Источник