Монокристаллического кремния солнечные батареи для

Монокристаллические солнечные панели

Уже никого не удивишь сегодня солнечными батареями, которые еще 10 лет назад считались диковинкой, их эффективность была невысокая, а стоили эти разработки очень дорого. Сегодня они пользуются большой популярностью, и сфера применения их становится все шире: подзарядка девайсов во время похода, основной или резервный источник питания в быту и др. Также возможно использование некоторых солнечных панелей, как дополнительный источник энергии в автомобилях. Получая электроэнергию от солнечных лучей, монокристаллические солнечные панели не могут давать ее постоянно, а для запаса требуются аккумуляторы, чтобы в любое время использовать энергию.

Схема устройства солнечной панели простая: корпус, в который помещены полупроводниковые кремниевые фотоэлементы и провода. При воздействии световых лучей на свободные электроны фотоэлемента, они начинают двигаться. В цепь может включаться аккумулятор для того, чтобы в ночное время или при недостаточности дневного освещения (влияние погодных условий) обеспечить потребителей электроэнергией.

Монокристаллические солнечные панели используют кремниевые полупроводниковые пластины, которые включают полупроводниковый кристалл их кремния.

Особенности конструкции солнечной панели и ее применение

Все преобразователи солнечной энергии могут быть двух типов: монокристаллические солнечные панели и поликристаллические. Эффективность выработки электрической энергии и стоимость устройства напрямую зависят от типа конструкции солнечной панели.

Производителя устройств используют такие материалы, как кремний, теллурид, соединения, в основе которых галлий, селен, медь, индий. Совсем недавно разработали батареи, в которых арсенид галлия является рабочим материалом.

Для изготовления солнечных панелей отечественные производители чаще всего используют полупроводниковые пластины из кремния. В готовом виде модули имеют конструкцию, состоящую из ячеек для выработки электричества. На специальные стеллажи «Актуатор«, которые имеют поворотные устройства, устанавливаются плоские панели. Эти поворотные приспособления необходимы для того, чтобы создавать такой угол попадания солнца на проводник, который будет наиболее оптимальным. Существуют и такие конструкции, где сразу осуществлена настройка проводника на постоянный угол, они неподвижны. Стоят такие устройства дешевле, но и эффективность ниже.

Аккумулятор – важный элемент солнечной батареи. Он обеспечивает создание резерва электроэнергии, которая может использоваться в то время, когда дневного освещения недостаточно, или ночью.

Монокристаллические солнечные панели: особенности

Выше уже было сказано, что солнечные панели могут быть поли- и монокристаллическими. Нужно детальнее остановиться именно на втором варианте, потому что его мощность выше, а стоимость более дорогая.

Главная особенность монокристаллической солнечной батареи заключается в том, что для нее, используя способ Чохральского, выращивает монокристалл кремния. Стоимость кремния дороже, нежели поликристаллическая пластина, но мощность устройства будет больше, принимая во внимание высокое качество монокристаллического модуля. Так, эффективность работы такой панели составляет около 20 %.

При попадании световых лучей на поверхность монокристалла кремния, возникает направленное движение свободных электронов. К кристаллу с обеих сторон крепятся провода, которые направляются к потребителю электроэнергии.

Такие пластины имеют высокий КПД, что достигается равномерным распределением солнечных лучей по поверхности кристалла, они не рассеиваются. В пластине большая площадь р-n перехода, благодаря чему достигается свободное проникновение электронов в проводнике из одной его части в другую.

Цена панелей

Чтобы вырастить большие монокристаллы полупроводника, требуются высокие затраты труда. Поэтому такие панели стоят дороже, нежели те, где используются поликристаллы. Стоимость монокристаллических солнечных панелей может быть выше поликристаллических на 10 %,. Это можно считать главным недостатком первого варианта.

Так, монокристаллическая солнечная панель, мощность которой 150 Вт, обойдется в 5400 рублей. А если мощность 200 Вт – 11700 рублей. А вот батареи, мощность которых 230 или 300 Вт будут стоить намного дороже.

Особенности установки солнечной панели

Чтобы обеспечить качественную работу солнечной панели, нужно знать особенности ее монтажа. При установке важно соблюдать такие правила:

• Установить устройство нужно в таком месте, где его не будет закрывать тень от любых предметов в течение дня.
• Обеспечить максимальный поток лучей света на фотоэлемент. Хорошо, если он будет иметь поворотное устройство, которое будет направлять его на солнце постоянно.
• Местность, на которой расположена солнечная панель, а сезон должны определять угол наклона модуля к вертикальной поверхности. При этом нужно учитывать, что положение солнца над горизонтом в зимнее время будет ниже, нежели летом.
• За лицевой стороной прибора нужно правильно ухаживать. Регулярно очищать стекла от грязи и снега, а также обеспечить удобный доступ к нему.
• Установку легко собрать самостоятельно, ознакомившись с сопроводительной документацией. Но если нет требуемых знаний в электронике, лучше все же обратиться к профессионалам.

Проверка работы

Проводится рабочее тестирование двух солнечных панелей, одинаковой мощности. Это позволяет определить, какая из них более эффективная. С этой целью устанавливаются mono- и poly-батареи так, чтобы солнечные лучи попадали на них одинаково. Мощность устройств измеряется в разное время суток, в зависимости от того, как нагревается полупроводниковый элемент.
Нужно также учесть все остальные критерии. Например, снижение мощности устройств после того, как они будут использоваться определенное время. По результатам можно будет судить о том, какая из солнечных панелей лучше. И, конечно, какой бренд предпочтительнее выбирать.

Источник

Разбираемся в многообразии видов солнечных панелей

Дата публикации: 30 октября 2013

На вопрос «Что входит в состав системы электроснабжения, питающейся от солнечной энергии?», первое, что хочется ответить – это солнечные батареи. И это, безусловно, окажется правильным ответом. Конечно, подобная система включает в себя не только солнечные панели, туда также входят аккумуляторы, преимущественно гелевые (подробнее здесь), инверторы, контроллеры и другие устройства, каждое из которых выполняет свою функцию. Но солнечная панель – это тот элемент, с которого начинается весь процесс накопления и преобразования солнечной энергии. Вот только выбирая этот незаменимый элемент солнечной системы, каждый покупатель обязательно столкнется с проблемой выбора — «потеряться» в многообразии типов солнечных батарей несложно. Поэтому сегодняшнюю статью мы решили посвятить такой актуальной теме, как виды солнечных батарей.

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

Солнечные батареи на основе кремния

Батареи, основой которым служит кремний, на сегодняшний день являются самыми популярными. Объясняется это широким распространением кремния в земной коре, его относительной дешевизной и высоким показателем производительности, в сравнении с другими видами солнечных батарей. Как видно из рисунка выше кремниевые батареи производят из моно- и поликристаллов Si и аморфного кремния.

Монокристаллические солнечные батареи представляют собой силиконовые ячейки, объединенные между собой. Для их изготовления используют максимально чистый кремний, получаемый по методу Чохральского. После затвердевания готовый монокристалл разрезают на тонкие пластины толщиной 250-300 мкм, которые пронизывают сеткой из металлических электродов (рис. нарезка). Используемая технология является сравнительно дорогостоящей, поэтому и стоят монокристаллические батареи дороже, чем поликристаллические или аморфные. Выбирают данный вид солнечных батарей за высокий показатель КПД (порядка 17-22%).

Для получения поликристаллов кремниевый расплав подвергается медленному охлаждению. Такая технология требует меньших энергозатрат, следовательно, и себестоимость кремния, полученного с ее помощью меньше. Единственный минус: поликристаллические солнечные батареи имеют более низкий КПД (12-18%), чем их моно «конкурент». Причина заключается в том, что внутри поликристалла образуются области с зернистыми границами, которые и приводят к уменьшению эффективности элементов.

В таблице 1 приведены основные различия между моно и поли солнечными элементами.

Показатель	Моно элементы	Поли элементы
Кристаллическая структура	Зерна кристалла параллельны Кристаллы ориентированы в одну сторону	Зерна кристалла не параллельны Кристаллы ориентированы в разные стороны
Температура производства	1400 °С	800-1000 °С
Цвет	Черный	Темно-синий
Стабильность	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно
Цена	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно
Период окупаемости	2 года	2-3 года

Батареи из аморфного кремния

Если проводить деление в зависимости от используемого материала, то аморфные батареи относятся к кремниевым, а если в зависимости от технологии производства – к пленочным. В случае изготовления аморфных панелей, используется не кристаллический кремний, а силан или кремневодород, который тонким слоем наносится на материал подложки. КПД таких батарей составляет всего 5-6%, у них очень низкий показатель эффективности, но, несмотря на эти недостатки, они имеют и ряд достоинств:

• Показатель оптического поглощения в 20 раз выше, чем у поли- и монокристаллов.
• Толщина элементов меньше 1 мкм.
• В сравнении с поли- и монокристаллами имеет более высокую производительность при пасмурной погоде.
• Повышенная гибкость.

Помимо описанных выше видов кремниевых солнечных батарей, существуют и их гибриды. Так для большей стабильности элементов используют двухфазный материал, представляющий собой аморфный кремний с включениями нано- или микрокристаллов. По свойствам полученный материал сходен с поликристаллическим кремнием.

Из чего делают пленочные батареи?

Разработка пленочных батарей обусловлена:

1. Потребностями в снижении стоимости солнечных батарей.
2. Необходимостью в улучшении производительности и технических характеристик.

На основе CdTe

Исследования теллурида кадмия, как светопоглощающего материала для солнечных батарей начались еще в 70-х годах. В то время его рассматривали как один из оптимальных вариантов для использования в космосе, сегодня же батареи на основе CdTe являются одними из самых перспективных в земной солнечной энергетике. Так как кадмий является кумулятивным ядом, то дискуссии возникают лишь по одному вопросу: токсичен или нет? Но исследования показывают, что уровень кадмия, высвобождаемого в атмосферу, ничтожно мал, и опасаться его вреда не стоит. Значение КПД составляет порядка 11%. Согласитесь, цифра небольшая, зато стоимость ватта мощности таких батарей на 20-30% меньше, чем у кремниевых.

На основе селенида меди-индия

Как понятно из названия, в качестве полупроводников используются медь, индий и селен, иногда некоторые элементы индия замещают галлием. Такая практика объясняется тем, что большая часть производящегося на сегодня индия требуется для производства плоских мониторов. Именно поэтому с целью экономии индий замещают на галлий, который обладает схожими свойствами. Пленочные солнечные батареи на основе селенида меди-индия имеют КПД равный 15-20%. Следует иметь в виду, что без использования галлия эффективность солнечных батарей возрастает примерно на 14%.

На основе полимеров

Разработка данного вида батарей началась сравнительно недавно. В качестве светопоглощающих материалов используются органические полупроводники, такие как полифенилен, углеродные фуллерены, фталоцианин меди и другие. Толщина пленок составляет 100 нм. Полимерные солнечные батареи имеют на сегодняшний день КПД всего 5-6%. Но их главными достоинствами считаются:

• Низкая стоимость производства.
• Легкость и доступность.
• Отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.

Применяются полимерные батареи в областях, где наибольшее значение имеет механическая эластичность и экологичность утилизации.
В таблице 2 приведены обобщенные данные о КПД разных видов солнечных батарей.

КПД солнечных элементов, выпускаемых в производственных масштабах
Моно	17-22%
Поли	12-18%
Аморфные	5-6%
На основе теллурида кадмия	10-12%
На основе селенида меди-индия	15-20%
На основе полимеров	5-6%

Надеемся, что теперь Вы ясно представляете себе, из чего делают поли- и монокристаллические, пленочные, полимерные солнечные батареи и другие. Эта информация поможет Вам сделать правильный выбор при покупке солнечных модулей. Ведь система энергопотребления, основанная на солнечной энергии, является долговременной инвестицией. Переходя на альтернативные, в частности, солнечные источники энергии, Вы не только снижаете свои затраты на потребляемые энергоресурсы, но и делаете ощутимый вклад в чистоту окружающей нас среды.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Источник