Виды солнечных батарей и панелей. Обзор конструкций и советы по выбору

Результативная перспектива ближайшего будущего – альтернативная энергетика, бурно развивающаяся в последние годы во многих европейских странах. Ежегодно появляются новые, более мощные типы солнечных панелей с высоким уровнем КПД.

Чтобы перевести жилое помещение или многоэтажку на энергию солнца, придётся заблаговременно узнать о различиях в соответствующем оборудовании, и вариантах солнечных панелей, подходящих по климат конкретного региона. Для этого важно рассмотреть особенности работы преобразователя фотоэлектрического образца, разобрать главные характеристики популярных панелей, раскрыть их недостатки и достоинства. В дальнейшем этот материал поможет определиться с выбором конкретных товаров для обустройства собственной гелиосистемы.

Как работают солнечные панели?

Практически все элементы альтернативного вида энергетики являют собой преобразователь фотоэлектрического образца. По-простому, электричество в них появляется там, где расположен полупроводниковый переход.

В состав солнечной панели входит пара пластин кремния, разных по свойствам. Под действием солнца в одной из них наблюдается избыток электронов, тогда как в другой – недостаток. На обоих элементах установлены медные полоски для отвода возникающего тока, что подсоединены к преобразователю напряжения.

Виды солнечных батарей и панелей. Обзор конструкций и советы по выбору

Промышленный вариант панели имеет немного иную конструкцию: множество фотоэлектрических ячеек (ламинированных), соединённых между собой и закреплённых на жёсткой, и в то же время гибкой подложке.

КПД устройства зависит от ориентации установленных кристаллов, чистоты металла, использованного для изготовления центральных компонентов. Улучшить эти параметры последние годы стараются все инженера, работающие над развитием альтернативной энергии. Главная проблема – высокая цена очистки кремния, и необходимость однонаправленного расположения кристаллов.

Тип Коэффициент фотоэлектрического преобразования, %
Кремниевые
Si (кристаллический) 24,7
Si (поликристаллнческий) 20,3
Si (тонкопленочная передача) 16,6
Si (тонкопленочный субмодуль) 10,4
III-V
GaAs (кристаллический) 25,1
GaAs (тонкопленочный) 24,5
GaAs (поликристаллнческий) 18,2
lnР (кристаллический) 21,9
Тонкие пленки халькогенидов
CIGS (фотоэлемент) 19,9
CIGS (субмодуль) 16,6
CdTe (фотоэлемент) 16,5
Аморфный/Нанокристаллический кремний
Si (аморфный) 9,5
Si (нанокристаллический) 10,1
Фотохимические
На базе органических красителей 10,4
На базе органических красителей (субмодуль) 7,9
Органические
Органический полимер 5,15
Многослойные
GalnP/GaAs/Ge 32,0
GalnP/GaAs 30,3
GaAs/CIS (тонкопленочный) 25,8
a-Si/mc-Si(тонкий субмодуль) 11,7

Важно! Солнечная панель может быть сконструирована из пластин иного состава. Этот параметр никак не отражается на принципе работы солнечной установки.

Типы преобразователя

Промышленные варианты солнечных панелей разделяются по типу главного слоя, особенностей конструкции.

По типу устройства они могут быть жёсткими, гибкими. Благодаря универсальности в монтажных работах большую популярность среди пользователей занимают гибкие панели. Весомый плюс – их можно установить любой, даже не плоской поверхности.

КПД солнечных элементов

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%

По типу основного фотоэлектрического слоя батареи альтернативной энергии бывают:

  • индий-медь-галлиевые;
  • полимерные;
  • теллурий-кадмиевые;
  • кремниевые;
  • арсенид-галлиевые;
  • органические;
  • многослойные;
  • комбинированные.

Среди потребителей популярностью пользуются кристаллические варианты из кремния и кадмиевые, несмотря на то, что КПД иных куда больше. Всё решает цена самой конструкции и стоимость её установки.

Панели из кремния быстро нагреваются: температура старта электрогенерации равна 25°C. Правда, повышение параметра на 1°C снижает эффективность установки на 0,5%.

Виды солнечных батарей и панелей. Обзор конструкций и советы по выбору

Характеристики конструкций с кремниевой составляющей

Для изготовления батарей задействуется кварцевый порошок, его измельчённые кристаллы. Этим сырьём богат Средний Урал и Западная Сибирь, потому развитию солнечной энергетики в России ничего не мешает.

Более 80% потребителей выбирают аморфный тип солнечных установок. Чтобы объяснить этот выбор, достаточно более детально их изучить.

Монокристаллический вариант

Пластины mono-Si отличаются синим, насыщенным цветом, производятся из наиболее очищенного кремния. Естественно, их цена высокая, но этот нюанс полностью оправдан оптимальными показателями КПД.

Почему стоимость столь высока? Из-за сложности ориентирования кристаллов продукта в одном направлении. Благодаря такому подходу производства панелей, их КПД на выходе самый максимальный, при условии перпендикулярного попадания на поверхность солнечного света.

Для установки монокристаллических солнечных установок приходится использовать специальное оборудование, благодаря которому конструкция автоматически поворачивается за солнцем на протяжении всего светового дня.

Сами кремниевые слои изготавливаются из металла цилиндрической формы, потому у готовых деталей слегка скруглённые углы.

Достоинства монокристаллического варианта:

  • КПД не менее 25%;
  • на небольшой площади исходной конструкции, получается установить множество центральных компонентов, потому её мощность выше;
  • преобразование электроэнергии обеспечивается не менее четверти века.

Недостатки у описываемого варианта конструкции тоже есть:

  • высокая цена, потому окупаемость установки оказывается более длительной;
  • пыль, оседающая на поверхности батареи, рассеивает попадающие на неё солнечный свет, из-за чего КПД конструкции существенно снижается.

Виды солнечных батарей и панелей. Обзор конструкций и советы по выбору

 

В связи с перечисленными требованиями монокристаллические элементы кремниевого формата обычно используют в горах или на больших открытых площадях. Более предпочтителен этот вариант на территории приближённой к экватору, где общее количество солнечных дней относительно высокое.

Поликристаллический вариант солнечной установки

Панели, изготовленные из кремния поликристаллического образца, именуются multi-Si. Характеризируются разной ориентацией кристаллов и плавным синим цветом. Чистота базового металла немного ниже, чем у аналога с монокристаллическим основанием.

За счёт разной направленности кремниевых кристаллов максимальный КПД солнечных панелей в 18% наблюдается при рассеянном свете. Вывод – описываемый вид конструкции более эффективен при пасмурной погоде или в регионах с низким количеством солнечных дней в году.

Так как материал, используемый для производства кремния, неоднородный, себестоимость процесса сравнительно невысокая. После этапа очищения кремний разделяется по формам для дальнейшего производства панелей. При этом часто используются специальные приёмы для лучшего роста кристаллов, но они никак не влияют на их направленность. Когда кремний полностью остынет, его нужно разделить слоями идентичной толщины, после выполнить финальную обработку по соответствующей технологии.

Поликристаллический вид панелей не зависит от угла попадания на них солнца, потому их часто используют на крышах предприятий, домов или загородных участков.

Достоинства батарей с кристаллами кремниями разносторонней направленности:

  • монтажа в любых условиях;
  • отличная продуктивность установки при рассеянном свете;
  • продолжительный срок эффективного использования – не менее 30-45 лет;
  • оптимальная цена.

Недостатки:

  • громоздкость конструкции;
  • КПД до 18%.

Из-за высокой популярности поликристаллических солнечных батарей, их возможности с каждым годом повышаются, а потенциал удешевляет промышленное производство. Кстати, в последних моделях КПД достигает 20%.

Виды солнечных батарей и панелей. Обзор конструкций и советы по выбору

Панели из аморфного кремния

На фоне кристаллических фотоэлементов, производство батарей из кремния аморфного образца существенно отличается. К примеру, в работе задействуется не чистый кремний, а один из его гибридов. Горячие пары этого элемента осаждаются на специальную подложку. В результате привычные кристаллы не образуются, потому себестоимость процесса существенно снижается.

На сегодняшний день существует несколько разновидностей солнечных установок, изготовленных из аморфного кремния, с разными показателями КПД. К примеру, в первом варианте его значения не превышало 5%, тогда как последний образец достиг 12%. Кстати, третье поколение таких батарей уже можно найти в продаже, но пока только по слишком высокой цене.

За счёт своеобразной технологии производства панелей, кремниевые слои создаются на гибких или жестких подложках. По этой причине готовые модули часто задействуются для создания тонкоплёночных солнечных установок, характеризующихся особой гибкостью. Правда, их стоимость пока достаточно высока.

Благодаря своей физической и химической структуре, аморфный тип кремния отлично поглощает фотоны рассеянного, слабого света, и быстро преобразует их в электроэнергию. Вывод – описываемый вид солнечных установок приемлем для использования в северных регионах государства. На финальные показатели КПД никак не влияют высокие температуры, хотя, честно говоря, их итоговый параметр гораздо ниже, чем в батареях из арсенида галлия.

Достоинства панелей:

  • хороший КПД даже при наличии только рассеянного света;
  • возможность производства тонких и гибких элементов;
  • монтаж устройств в любых условиях;
  • стабильная работа установки даже в условиях высоких температур;
  • надёжность готовой конструкции;
  • хорошие показатели производительности даже в условиях, когда поверхность установки покрыта толстым шаром пыли.

Фотоэлектрические компоненты из аморфного кремния второго и выше поколения отличаются высоким сроком службы. Спустя 25 лет постоянного использования их мощность снижается только на 15%. Основной нюанс, не позволяющий использовать батареи – большие площади под установку оборудования, необходимого для получения требуемой мощности электроэнергии.

Виды солнечных батарей и панелей. Обзор конструкций и советы по выбору

Безкремниевые устройства

Некоторые из современных видов солнечных панелей изготовляется из редких металлов с КПД 30%. На фоне своих кремниевых аналогов, такие конструкции намного дороже, но обзавелись большим количеством приверженцев по всему миру за счет выдающихся характеристик.

Основное достоинство заявленных конструкций – возможность эффективной работы даже в самых экстремальных условиях. Именно поэтому, даже несмотря на свою сильную дороговизну, солнечные панели из редких металлов не только обзавелись немалым списком приверженцев, но и продолжают постоянно улучшать свои базовые показатели.

Для изготовления заявленного типа фотоэлементов используют следующие соединения:

  • селенид индия-меди (CIS);
  • селенид индия-меди-галлия (CIGS);
  • теллурид кадмия (CdTe).

Теллур, галлий – весьма редкие металлы, а кадмий и вовсе токсичен. Потому массовое производство солнечных установок из дорогостоящего сырья пока невозможно даже в теоритическом аспекте. Важно понимать, что КПД перечисленных элементов превышает 30% и в некоторых случаях может доходить до 40%.

Факт! Ранее указанные металлы использовались для производства космических кораблей, но в данный момент в этом сфере появилось новое, более продуктивное решение.

Даже при температурных показателях выше 130°C фотоэлементы из редких металлов продолжают стабильно работать, потому готовые солнечные установки используются на теплоэлектростанциях. При этом солнечные лучи, отражающиеся от нескольких сотен зеркал, собираются на одной небольшой панели. Её работа заключается не только в генерации электроэнергии, но и в передачи водному теплообменнику тепловой энергии. Результат – вода нагревается, образуется пар, который вращает турбину, и таким образом появляется электроэнергия.

Получается, что солнечная энергия используется для производства электрической сразу несколькими эффективными путями.

Органические, полимерные аналоги

Несмотря на то, что исследования и официальные разработки фотоэлектрических установок из полимеров и органических соединений начались проводиться только в последние 10 лет, результаты проделанной работы поражают. Максимальной результативности достигло европейское предприятие Heliatek, успевшее установить свои органические солнечные панели на некоторых городских высотках.

Факт! Толщина полученной конструкции рулонно-плёночного образца составляет всего 1 мм.

Для производства панелей из полимеров приходится использовать: полифенилен, фталоцианин меди, углеродные фуллерены. Готовые фотоэлементы обладают КПД 15%, при этом себестоимость их производства намного меньше, чем кристаллических аналогов.

На данный момент инженера пытаются решить вопрос о продлении срока деградации рабочего слоя. Пока нет возможности подтвердить уровень КПД даже после нескольких лет постоянной эксплуатации.

Преимущества солнечных батарей органического образца:

  • гибкость конструкции;
  • экологическая утилизация отработанного материала;
  • дешевизна производства.

Недостатки:

  • невысокий уровень КПД;
  • отсутствие информации об эффективной длительности использования установок.

Виды солнечных батарей и панелей. Обзор конструкций и советы по выбору

Есть возможность, что спустя несколько лет органические фотоэлементы преодолеют существующие недочёты и станут серьёзными конкурентами на рынке реализации альтернативной энергетики.

Какую панель выбрать?

Для тех, кто определяется с лучшей солнечной установкой для загородного дома с широтой в пределах 45-60°, выбор очевиден. В этом случае подходящих вариантов всего два: моно- или поликристаллические панели из кремния.

Если места под установку конструкции мало, придётся воспользоваться современными фотоэлектрическими элементами с односторонним расположением кристаллов. В противном случае лучше отдать предпочтение поликристаллическому варианту батареи.

Чтобы определиться с необходимой мощностью, конкретным производителем панелей и дополнительным оборудованием, необходимым для монтажа установки, достаточно воспользоваться услугами консультантов предприятий, занимающихся производством и реализацией соответствующей продукции. Для справки, цена солнечных батарей крупных мировых производителей отличается не существенно.

Тем, кто хочет воспользоваться вариантом «Установка фотоэлектрического оборудования под ключ», следует понимать, что цена самих панелей составит лишь 30% от итоговой стоимости всей работы. Для окупаемости проведённого проекта придётся подождать не менее 10 лет, что весьма немало. Всё будет зависеть от возможности сбыта излишек накопленной энергии в городскую сеть и уровня потребления самого здания.

Некоторые заказчики предпочитают проводить сборку солнечных панелей самостоятельно. Выполнить процедуру несложно, если воспользоваться последовательными инструкциями работы, представленными в текстовом виде на нашем сайте.

Виды солнечных батарей и панелей. Обзор конструкций и советы по выбору

Заключение

Небольшие предприятия и обычные люди пока могут использовать в обиходе солнечные панели из кристаллического кремния. Реальной альтернативы этому варианту по цене и производительности пока нет. Правда, исходя из нынешних темпов развития альтернативной энергетики, в ближайшем будущем ситуация может кардинально измениться.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...