Главные недостатки монокристаллических кремниевых солнечных панелей

Моно- и поликристаллические солнечные панели

Поликристаллические солнечные панели или монокристаллические — традиционно первый вопрос при выборе. Оценивают и сравнивают КПД, стоимость, требуемое количество модулей, стабильность работы. Окупаемость во многом зависит от условий использования. Правильная оценка параметров, возможностей фотоэлектрических батарей позволит не переплачивать и выбрать выгодный вариант.

Важность свойств и технологии материала солнечных панелей

Основными устройствами для использования солнечной энергии, преобразования ее в электричество являются панели из плиток, пластин из специальных материалов, объединяемых в модули, массивы. Устройства также называют батареями, фотоэлектрическими, фотогальваническими элементами, но не надо их путать с гелио коллекторами, это разные изделия: первые вырабатывают электричество, вторые — тепло.

Модули из фотоэлектрических пластин, размещенные в освещаемом солнечным (ультрафиолетовым) светом месте, часто на крыше дома, поглощают излучение, которое преобразуется инвертором в ток, поступающий через стабилизаторы, контроллеры, аккумуляторы в электрическую сеть обслуживаемого объекта или для продажи в магистраль энергетических компаний.

Материал, технология создания пластин напрямую влияют на КПД, производство кВт/час, так как разные структуры могут более эффективно поглощать излучение, передавать его для процесса выработки электричества.

Типы солнечных панелей, что такое моно и поликристалл

Типы солнечных батарей:

• кремниевые — из кристаллов Si, твердые с определенной хрупкостью плитки. Стандарт, традиционные изделия. Наиболее эффективное, а возможно, единственное высоко результативное решение, если требуется основательная система в классическом ее понимании с хорошей отдачей, окупаемостью. Чаще всего их подразумевают, используя термин «солнечные панели»;
• пленочные — КПД в 3 раза ниже, чем у кремниевых, это эластичная пленка, которую можно наклеивать. Основное преимущество в легкости использования, монтажа, возможности модификации форм. Пленочные солнечные батареи — это инновация, изделие имеет потенциал для совершенствования, но на данное время для серьезной системы их сложно рассматривать. Эластичные фотоэлектрические элементы дороже кремниевых, не окупятся за свой срок эксплуатации, который намного меньший (10–12 лет против 15–20 лет);
• арсенид-галиевые, из аморфного кремния — особо продвинутые технологии, самые производительные батареи, но чрезвычайно дорогие, на рынке встречаются редко, это не массовая продукция.

Кремниевые фотогальванические батареи разделяются на монокристаллические, поликристаллические. Плитки панелей создаются формированием массы вокруг затравки из Si — именно в этом процессе и есть различия для указанных двух вариантов. Финишные этапы одинаковые — делают p-, n-переходы, устанавливают электроконтакты, токоведущие линии, наносят антиотражающий слой.

Монокристаллические батареи

Именно с появления в 1950 годах технологии для создания монокристаллов кремния началась революция в солнечной энергетике. По сегодняшний день метод не просто эффективный и актуальный, но единственный для создания наиболее эффективных солнечных монопанелей как массового товара.

Монокристаллические солнечные батареи (mono — один), как видно из названия, состоят из одного, цельного кристалла кремния.

Технология изготовления моно- и поли- фотоэлектрических плиток отличается, отсюда разные их свойства. В первом случае используется метод Чохральского — кристалл выращивается постепенно из расплавленного Si. Вокруг затравки из частички указанного элемента разрастается готовый продукт. По мере остывания образуется окончательный кремниевый элемент с цилиндрической геометрией.

Характерный признак монокристаллических солнечных панелей — однородность оттенка и структуры, что также свидетельствует о кремнии высокочистого состава. Цена, КПД — основное, в чем отличаются поли и моно гелио панели, если характеризовать их в общем и поверхностно, но эти критерии, как правило, главные для среднестатистической процедуры выбора.

Плюсы и минусы монокристаллических гелио панелей

Монокристаллические солнечные панели обладают такими достоинствами:

• самый высокий КПД среди подобных изделий — 15–23 %;
• требуется меньше панелей для аналогичной производительности по сравнению с поликристаллами, что также экономит место, трудозатраты, дополнительные устройства материалы (контроллеры, стабилизаторы, крепления) при установке;
• долговечнее — обычно гарантия производителя около 25 лет;
• кремний в таком виде не «стареет», не утрачивает с течением времени свойства, хорошо сохраняет производительность. Изнашиваются покрытия, пленки, контакты, но не сама плитка. Монокристалл имеет стабильные качества на протяжении всего срока службы.

Недостаток у монокристаллов только один — высокая цена.

Преимуществ и недостатки мультикристаллических солнечных панелей

Панели из плиток, состоящих из множества кристаллов, именуются «поли» или «мульти». Для изготовления применяется не долговременное наращивание и создание условий для медленного разрастания, а окунание затравки в ванну со специальной смесью кремния. После медленного остывания формируется структура с множеством кристалликов, сориентированных разнонаправленно. Затем производится нарезка прямоугольников, а из них — пластин, плиток нужных параметров.

Поликристаллические солнечные батареи имеют такие преимущества:

• намного дешевле, так как процесс создания менее трудозатратный, проще и более быстрый;
• при нагреве модуля выходная мощность снижается менее значительно.

• чистота Si ниже, чем в монокристаллических фотоэлектрических солнечных элементах, соответственно, КПД также ниже — 12–17 %.
• для аналогичного результата генерации электричества потребуется больше площади, соответственно, и модулей, чем при использовании монокристалла.

Сравнение технических параметров

Для удобства сравнения уместно отобразить технические параметры поли и моно панелей таблицей:

Характеристика	Монокристалл	Поликристалл
Структура	Зерна в одном направлении, параллельно.	Кристаллы разнонаправленные, не параллельные.
Технология	Цилиндрические образования из кристаллов нарезают на пластины, обрезают до квадратных форм.	Обрезаются изначально на прямоугольные заготовки.
t° изготовления	+1400	+800… +900
Форма	Прямоугольники, квадраты со скошенными углами (квази или псевдо прямоугольники).	Прямоугольники, квадраты, без срезанных углов.
Толщина	≤300 μm	300 500 μm
Стабильность	Высокая.	Изделие дорогое, но цена ниже, чем у монокристалла.
Стоимость	У монокристаллических панелей цена выше.
Окупаемость	Около 2 лет.	3–4 года.
КПД	15–23	12–17

Монокристаллические панели чаще черного цвета, поли — темно-синие, но это не категорическая характеристика. Два варианта плитки могут иметь и разные оттенки в зависимости от просветляющего, антиотражающего покрытия. Надо отметить, что параметр по стоимости относительный: развитие методов удешевления производства сделало разрыв минимальным.

Какие фотоэлектрические элементы лучше: поли или моно

По вопросу, какие солнечные батареи лучше — моно или поликристаллические — есть большая доля неопределенности. Категорически сразу отдать предпочтения в рекомендациях и советовать только одни из вариантов неправильно — надо оценивать условия использования и расчеты.

Чем больше кристаллы Si, тем выше КПД, поэтому моноэлементы намного результативнее и КПД у них выше, примерно на 10–15 %, чем у поликристаллов. Последние часто преподносят как менее эффективные. Приведенные утверждения верны, но они подлежат коррекции, так как важен расчет, исходя из цены за Ватт мощности, а он показывает, что поликристаллы обойдутся дешевле на 10–20 %.

Есть мнение, что поли элементы лучше функционируют при низком уровне освещенности. В сети даже есть сравнительные тесты. Не следует им доверять, это отдельные случаи, когда рассматривают конкретных производителей, то есть результат у изделий иных компаний может быть прямо противоположным. Зависимость КПД при тусклом свете от типа кристалла ничтожная, больше значение имеет высокое качество изготовления.

Срок службы, стабильность работы

Плитки поликристаллических батарей деградируют быстрее, но стоимость на 15–20 % ниже и это обычно является решающим фактором на их пользу при выборе.

Касательно стабильности работы: моно фотоэлектрические элементы однозначно лучше, но данный фактор не настолько значим и существенный, чтобы быть главной определяющей по вопросу, чему отдать предпочтение.

Итог: что выбрать в разных ситуациях и условиях

Когда подойдет поликристаллическая фотоэлектрическая панель:

• для установки на относительно больших крышах, земле, когда отсутствует недостаток в площади. Иногда нет смысла переплачивать, если места хватает с избытком и поставленные цели по количеству электричества можно достичь, используя более дешевый тип панелей;
• для ограниченного бюджета.

Монокристаллы лучшие, а порой незаменимые, когда площадь под установку ограниченная, например, маленькие крыши. Солнечные монобатареи производят больше энергии с единицы площади, но есть и минус: с повышением температуры (нагрева) выходная мощность (КПД) падает медленнее у поликристаллических элементов. Впрочем, по этому параметру (по температурному коэффициенту) часто все зависит от качества производства.

Особенности рынка

Основной объем на рынке принадлежит поликристаллическим солнечным панелям и причина этому — низкая цена. Однако тенденция меняется из-за удешевления производства и технологий, что позволяет применять новые решения (панели гетероструктурные, PERC и тому подобное) и устанавливать доступную цену. Рынок постепенно становится ориентированным не на стоимость, а на эффективность изделий и технологические нововведения. Данная тенденция усиливается, так как даже самые продвинутые технологии удешевляются из года в год.

Особые факторы, влияющие на эффективность

В большой мере на эффективность влияет технология. Например, модули n-типа имеют такие характеристики:

• меньшую деградацию от потенциала. Даже через 20 лет сохраняется прежняя производительность;
• более высокое КПД (кВт/час) на протяжении года;
• возможность создания двусторонних панелей (мощнее на 5–30 %).

В сети есть видео, где сравниваются разные поколения продукции, например, моно с двумя шинами и поли — с тремя. При увеличении количества этих элементов с двух до трех или применения уже становящихся стандартом четырех токосъемных шин эффективность фотоэлектрических панелей растет. Разница уже зависит от поколения. Не стоит игнорировать и качество исполнения. Последний фактор часто выступает причиной, почему у неизвестной торговой марки монокристаллическая солнечная батарея, которая должна быть лучше, показывает худшую работу, чем поли панель надежного бренда.

Какой информации не следует доверять

Много мифов касаются реакции солнечных фотогальванических элементов на излучение различных параметров. Одним из таких утверждений является то, что мультикристаллический модуль, лучше поглощает рассеянные и тусклые лучи, проникающее через облака, туман. Обосновывается это тем, что кристаллы размещаются хаотически, поэтому им доступен большой диапазон углов для восприятия ультрафиолета.

Приведенное выше утверждение является полностью ошибочным измышлением: на обработку и восприятие панелями рассеянных лучей света разнонаправленность кристаллов не оказывает никакого влияния. Тот, кто пропагандирует такое мнение, не имеет никакого представления как работает солнечная панель. Помимо этого, часто больше разницы можно наблюдать, когда применяются элементы p и n типа, нежели, когда оценивается работа поли и моно.

Отличия при разной освещенности могут быть, но обусловлены они только качеством изготовления, технологий, а не вариантом структуры кристалла. Поликристаллическое изделие надежного бренда может работать и даже быть долговечнее, чем монокристалл неизвестной компании.

Заключение

При объемном бюджете во всех случаях рекомендуется монокристалл, этот же тип панелей желателен, если есть ограничения по площади, если важен каждый десяток Ватт, максимально долгий срок службы изделия.

Если есть желание сэкономить на стоимости панелей, отсутствуют ограничения по площади, пользователь не гонится за максимальностью по производству кВт/ч — подойдут мультикристаллические панели. Меньшая производительность элементов не значит, что система будет менее эффективной и не окупится — все решают площадь установки и правильные расчеты. Такие фотоэлектрические панели устанавливают чаще в среднестатистических домохозяйствах.

Видео по теме

Источник