Минусы панелей обоих видов
Несмотря на то, какая существует разница в технологическом процессе, у названных солнечных модулей есть одинаковые недостатки, которые преимущественно связаны с характерными особенностями кремния:
- Поликристаллические солнечные модули, как и монокристаллические,обладают повышенной хрупкостью. Поэтому располагать их необходимо на твердом ровном основании. Если на поверхности ячейки образуется трещина, то панель не пригодна для дальнейшего использования.
- Продуктивность в преобразовании энергии солнца не слишком высока. Поликристаллические панели имеют КПД до 15-18 %, а монокристаллические – 22 %. Даже панели, задействованные в космических технологиях, выдают КПД не более 38 %.
- Производительность и тех, и других батарей полностью зависит от солнечной погоды. То есть наибольшая эффективность будет в южных областях, где солнце светит дольше и количество ясных дней преобладает над пасмурными.
- Чтобы обеспечить работу солнечных батарей (моно- или поли-), понадобится электростанция или аккумулятор для преобразования энергии и стабилизации напряжения на выходе.
- Процессу старения одинаково поддаются как поли-, так и монокристаллы. Монокристаллические элементы за четверть века теряют эффективность работы на 20 %, поликристаллические за такой же период теряют до 30 %. Несмотря на бесперебойность поступления энергии, солнечная панель со временем нуждается в обновлении.
- Стоимость изделия с использованием энергосберегающих технологий достаточно высока по сравнению с ценой обычных товаров.
Аморфные кремниевые батареи
Изготавливаются из аморфного (некристаллического) кремния a-Si, путем осаждения на гибкую подложку паров гидрида кремния. В результате образуется добиться стабильного фотоэлектрического эффекта получается уже при толщине пленки в несколько микрон.
Эффективность преобразования составляет порядка 8-11%, стоимость генерации лежит в пределах 0.5-0.7% за 1 Вт. Главный недостаток таких батарей – низкий КПД преобразования, что требует значительной площади для обеспечения необходимой мощности. Однако он с лихвой компенсируется возможностью установки на любые поверхности – гибкая подложка не требует ровных оснований и специальных конструкций для монтажа.
Кроме того, современные полиморфные модули могут работать с инфракрасным диапазоном, что существенно уменьшает потери эффективности при рассеянном освещении. В результате на долю аморфных элементов сегодня приходится порядка 10% мирового рынка.
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.
Часто спрашивают
Солнечные батареи во время эксплуатации деградируют. На какой промежуток времени они рассчитаны?
Батареи класса качества А (GradeA), как правило, получают гарантию на 15-25 лет. За это время снижение показателей от номинальных не превышает 20%.
Как можно добиться стабильной отдачи от монокристаллических панелей в Средней полосе?
Инсоляция в этих регионах не способствует эффективной работе монокристаллических батарей. Несколько улучшить положение можно за счет поворотных устройств слежения за светилом, но их реализация существенно удорожает установку в целом.
Обязательно ли чистить/мыть панели?
Не обязательно, большинство производителей говорят, что для нормальной работы достаточно природных осадков, смывающих пыль. Однако несколько раз в сезон обдать водой из шланга будет не лишним. Конечно же, обязательно убирать снег зимой после снегопадов.
Возможно ли использовать в российских условиях солнечные батареи как единственный источник энергии, или следует дублировать его сетью?
При правильном расчете количества панелей и дополнительного оборудования (аккумуляторов, инвертора) солнечная электростанция вполне справится с электроснабжением дома без дублирующих источников.
На рынке сегодня множество предложений разных компаний. Чьи солнечные батареи покупать?
Большинство мелких производителей используют модули компаний, входящих в ТОП 10. Репутацию же производителя легко проверить на сайте Калифорнийской (https://gosolarcalifornia.org/equipment/pv_modules.php) или Европейской TUV (https://www.tuev-sued.de/industry_and_consumer_products/certificates) лабораторий.
Монокристаллические солнечные модули
Отличительной чертой, которой обладают монокристаллические батареи, где в основе производства использовался кремний, состоящий из монокристаллических молекулярных решеток – это их выраженная однородность расцветки рабочей пластины, а также всего внешнего вида. В результате обладания данными параметрами, определяются габариты зерен монокристаллического кремния. Непосредственно на производстве при использовании технологического сырья выращивается слиток монокристаллического кремния. Он имеет в своей основе довольно серьезные характеристики качества частоты и ровной структуры кристаллической решетки. Изготовление фотоэлементов, которые собирают в монокристаллические модули, осуществляется с применением слитков кремния, имеющих цилиндрическую форму. В процессе производства сам слиток обрабатывается со всех концов, что значительно повышает технические характеристики результативности работы конечного оборудования и его эффективность. Эта особенность производства влияет на окончательный внешний вид сборки монокристаллов – в результате все составляющие становятся совершенно одинаковыми с виду. В результате мы имеем высокоэффективные, работающие солнечные модули. Получается, что основное отличие во внешнем виде поликристаллических солнечных батарей от их аналогов где использовался монокристаллический элемент, будет в форме пластины элемента. Монокристаллические пластины в результате производства получают форму квадрата.
Кремниивая заготовка
Монокристаллические солнечные модули, в чем их преимущество?
В связи с качественным производством исходного элемента (высокой структурированностью молекулярной решетки монокристаллов), эти элементы обладают очень высоким коэффициентом полезного действия. Собранные по такому принципу солнечные энергетические установки на выходе обладают производительностью до двадцати процентов;
Для получения равнозначной мощности необходима установка, размеры которой будут значительно меньшими по сравнению с аналогичными видами фотоэлементов, произведенных по менее качественным технологиям
Это означает, что если вам надо получить установку мощностью производства электрического тока на уровне 20 ватт, будет нужно приобрести и установить кремниевые батареи меньших размеров;
И еще одно очень важное преимущество — это, конечно же, высокая долговечность эксплуатации такого оборудования. Монокристаллические пластины самые долговечные среди всего предлагаемого на рынке оборудования
При правильной установке и эксплуатации эти пластины верно прослужат вам по своему назначению не менее четверти века.
Монокристаллические солнечные модули
Монокристаллические солнечные фотоэлементы, в чем их недостатки в сравнении с другими типами фотоэлементов?
- В связи с особенностями производства исходного сырья, эти панели имеют вполне приличную стоимость покупки. В том случае если финансовый вопрос для вас имеет первостепенное значение, а коэффициент эффективности на вспомогательных ролях, то, конечно же, лучше выбрать для себя другие типы установок, например, поликристаллические;
- Значительную потерю производительности панели, а соответственно и всей энергетической установки, может повлечь даже незначительное загрязнение рабочей поверхности, в том числе и затемнение от листьев дерева или других внешних факторов. В целях нивелирования данного существенного недостатка, в цепочке с устанавливаемым оборудованием будет целесообразным установка микроинверторов. Их применение будет уравнивать функционирование всей системы вследствие возникновения ситуации, когда модули неравномерно освещаются.
Поликристаллические фотоэлементы
Солнечные батареи, производимые на основе поли кристаллических кремниевых элементов, созданы и выпущены на рынок сравнительно давно. Впервые они были предложены потребителю еще в 1981 году. В процессе их производства нет необходимости задействовать сложные и дорогостоящие высокотехнологические процессы. Производством не ставится цель упорядочивания молекулярной структуры решетки кремния. Исходное сырье просто плавят и заливают в готовые формы для отливки. Далее, остывшие блоки делят на пластины стандартных размеров, имеющих правильную форму квадрата. В результате мы имеем относительно недорогие и простые в использовании поликристаллические фотоэлементы.
В чем же достоинство оборудования на основе поликристаллических элементов?
- Приобретение и установка такого оборудования не повлечет вашего разорения: в результате выбора этого типа оборудования вы значительно сэкономите, так как в процессе производства довольно серьезно снижаются расходы материалов, дешевле обходится дальнейшая переработка и утилизация;
Технологический процесс отличается намного меньшим в процентном соотношении количеством брака.
Однако одновременно с этими неоспоримыми достоинствами поликристаллические фотоэлементы имеют и ряд значительных недостатков:
Поликристаллические солнечные фотоэлементы хуже противостоят влиянию повышенных температур. Их существенная разница в сравнении с аналогами на основе монокристаллов состоит в том, что влияние высоких температур разрушительно влияет на срок службы всей системы, снижает показатели мощности
Но в связи с тем, что все-таки влияние на функциональные характеристики не столь существенно, особенно заострять на этом внимание нет необходимости;
Следующий недостаток — это сниженная эффективность использования полезной площади, занятой под солнечную энергетическую систему поли кристаллических фотоэлементов, которая значительно ниже, чем у аналогичной продукции на монокристаллах. Чтобы получить на выходе те же показатели мощности, придется использовать большее число панелей;
Среди существенных недостатков выступают показатели производительности в сравнении с батареями на основе монокристаллов: они значительно ниже – в данном случае цифры составляют от 13 до 18 процентов;
Общий внешний вид конструкции: поли кристаллические панели имеют неоднородную поверхность
Однако, если в процессе монтажа добавить специальные покрытия, этот недостаток совсем не будет заметен внешне.
Виды солнечных панелей
Солнечные батареи функционируют долго, могут вырабатывать постоянный ток, даже если погода пасмурная. Вместе с тем появляется возможность предупредить возникновение скачков напряжения. Как результат, техника на объекте, подключенная к такому источнику электроэнергии, служит дольше, т. к. созданы более щадящие условия эксплуатации (исключается риск повышения, падения напряжения, отключение питания).
Модуль представляет собой панель, состоящую из нескольких преобразователей, объединенных между собой. Чтобы изменить характеристики солнечной батареи, добавляют такие конструкции. Но эффективность работы подобных устройств зависит не только от количества модулей, а еще и от того, насколько правильно была выполнена установка (учитывают углы наклона панелей, интенсивность солнечного освещения на участке). Модули представлены видами:
Монокристаллические. Производятся из чистого материала – монокристаллического кремния. Его отличает высокие показатели эффективности. Причем КПД солнечных элементов – около 22%, а панелей на их основе – не более 18%. Такие модули рекомендуется применять в местности, где уровень освещенности часто низкий.
Монокристаллическая солнечная панель
Поликристаллические. По стоимости они предпочтительнее, т. к. производятся из мультикристаллических пластин. Еще одна причина низкой цены – недостаточно высокая производительность. Рекомендуется применять такие модули, если в местности сравнительно одинаковый уровень освещенности в разное время, отсутствуют резкие перепады.
Поликристаллические солнечные панели
Аморфные. Другое название – тонкопленочные солнечные батареи. Они отличаются универсальным действием (применяются на разных объектах, в различных целях). Могут устанавливаться там, где жаркое солнце внезапно сменяется облачной погодой. Теоретически аморфные панели в будущем будут использоваться не только на крышах, но и на сумках, других бытовых изделиях. Минусом таких панелей является более низкая производительность, если сравнивать с поли-, монокристаллическими.
Тонкопленочные (аморфные) солнечные панели
Гетероструктурные. Считаются наиболее эффективными, их КПД достигает 25%. Панели вырабатывают электроэнергию при солнечной и пасмурной погоде. В России такую продукцию представляет марка «Хевел». Компания-производитель разрабатывает и внедряет собственную технологию производства гетероструктурных панелей.
Гетероструктурные солнечные панели
Основные элементы конструкции:
- аккумулятор, позволяющая устранить перепады напряжения, вызванные изменением освещенности панели, а еще одна накапливает энергию;
- инвертор – преобразователь тока (из постоянного в переменный);
- контроллер: обеспечивает стабильную работу модуля, т. к. контролирует все параметры (температуру, зарядное напряжение аккумулятора и др.).
В продаже встречаются готовые системы, а также отдельные элементы для сбора с учетом собственных потребностей.
Советы по выбору
Зная все плюсы и минусы, которыми обладают поликристаллические или подобные им монокристаллические солнечные батареи, можно определиться с их выбором:
Прежде всего, стоит отталкиваться от своих потребностей. Нужно высчитать объем тепла, который вам понадобится. Наиболее рациональным считается, если солнечная батарея сможет выдавать от 40 до 80 % необходимого тепла.
Приобретаемая панель должна соответствовать вашему жилью
Следует принимать во внимание климатическую зону, продолжительность светового дня: для этого делаются специальные расчеты с использованием карты освещенности.
При выборе батареи нужно выяснить ее КПД; материал, из которого она изготовлена; период, на который рассчитана работа изделия.
Солнечные панели
- долговечны (срок службы составляет 25-30 лет)
- просты в монтаже
- просты в обслуживании
- надежны и эффективны
Производство модулей основано на применении кремния. Кремний — второй элемент после кислорода по распространенности в земной коре. В природе в чистом виде кремний найти трудно, чаще всего он встречается в соединении с кислородом – кремнезем (Si02). Этот химический элемент обладает высокой реактивностью, и является в чистом виде важнейшим полупроводником в современной радиоэлектроники, вычислительной технике, альтернативной энергетике. В зависимости от технологий изготовления существуют несколько видов панелей, которые постоянно совершенствуются. Наиболее распространенными видами модулей являются кристаллические и тонкопленочные или аморфные панели. Кристаллические фотоэлектрические элементы бывают монокристаллические или поликристаллические
Монокристаллические панели
Монокремниевая пластина представляет собой один кристалл в виде цилиндрических максимально чистых кремниевых слитков, из которых путем резки получают прямоугольные кремневые диски по методу Чохральского. Монокристаллические элементы ― это квадраты с закругленными или срезанными углами,однородные по структуре, толщиной 0,2 — 0,3 мм, темно-синего или черного цвета с антиотражающим покрытием. Монокристаллические солнечные модули отличаются высокой эффективностью, компактностью, обладают наибольшим сроком службы.
Технология изготовления солнечных батарей из монокристаллических элементов достаточно дорогая. Это связано с использованием кремния высокой степени очистки.
Поликристаллические панели
Солнечные пластины из поликремния производятся путем постепенного охлаждения кремневой субстанции. Такая технология производства требует меньше энергозатрат и кремния не самой высокой степени очистки. Обрабатываются блоки поликристаллов так же, как и монокристаллическая заготовка. Поликристаллические панели представляют собой блок кристаллов разного направления, на срезе некоторые кристаллы четко видны, это правильные квадраты синего цвета с антиотражающим покрытием или серебристо-серые без покрытия, толщиной 0,2 – 0,3мм. КПД таких батарей более низкий (от 13% до 18%).
Тонкопленочные (аморфные) солнечных панелей
Основное отличие тонкопленочных или аморфных панелей состоит в напылении тонкого слоя аморфного кремния на подложку. Подкладочным материалом может служить либо гибкая (пластик) либо жесткая (стекло или металл) основа. Аморфные панели от других видов можно отличить по их темно-серому цвету, они гибкие, компактные и легкие. Стоимость ниже традиционных кремниевых. Такие батареи прекрасно работают при большой запыленности воздуха, им достаточно рассеянного света. Последние инновации в разработке кремниевой пленки привели к производству эффективных многопереходных солнечных батарей, которые содержат несколько слоев кремния. Разные полупроводниковые материалы поглощают солнечный свет по-разному, таким образом, захватив весь спектр излучений.
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.
Интересное:
Методы расчета мощности солнечных батарей.Как подключить солнечные батареи.Правильное обслуживание солнечных батарей.
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.
Кристаллический кремний и его свойства
Сегодня подавляющее большинство оборудования преобразующего энергию солнечных лучей в электрический ток в основе своего производства имеет кремний. К настоящему времени на рынке подобной продукции более 90% занимают солнечные панели, изготовленные на основе монокристаллического кремния. Этот вид солнечных энергетических установок в первую очередь предназначен к использованию в частном жилом фонде. Используемый в производстве солнечных модулей кремний имеет различные степени очистки. Градация данного параметра, присваемого качеству кремния, указывает на то, как в структуре его кристаллической решетки упорядочены молекулы. В данном случае чем качественней и более технически продвинуто производство кремния, тем лучше будет упорядочена молекулярная структура продукции, а значит, и коэффициент полезного действия создаваемых на его основе солнечных панелей. В основном при ссылке на этот фактор солнечные энергетические установки и делятся на различные виды и типы.
Кристаллический кремний
Конечно, добиться в промышленных масштабах отличной упорядоченности молекулярной структуры решетки кремния можно только на производствах с оборудованием и процессами технологий на высочайшем уровне, это очень затратный и дорогостоящий процесс. Из этого можно сделать вывод, что степень очистки, который проходит кремний, не имеет определяющего значения. Более весомыми параметрами, выступающими на переднем плане, в достигаемой производительности солнечных элементов и определения выбора при приобретении как раз выступает предлагаемая эффективность использования полезной площади оборудования, ее общая экономическая результативность. Теперь, исходя из описанного выше можно прийти к выводам, что кристаллический кремний выступает основным действующим элементом всех производимых сегодня солнечных элементов, и делятся они на монокристаллические и поликристаллические.
Выращивание кристалла кремния
Принцип работы солнечных панелей
Подавляющее большинство солнечных панелей являются в физическом смысле фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект возникает в месте полупроводникового p-n перехода.
Именно кремниевые пластины составляют основу себестоимости солнечных панелей, но при их использовании в качестве круглосуточного источника электроэнергии придется дополнительно купить дорогостоящие аккумуляторные батареи
Панель состоит из двух кремниевых пластин с различными свойствами. Под действием света в одной из них возникает недостаток электронов, а в другой – их избыток. Каждая пластина имеет токоотводящие полоски из меди, которые подсоединяются к преобразователям напряжения. Промышленная солнечная панель состоит из множества ламинированных фотоэлектрических ячеек, скрепленных между собой и закрепленных на гибкой или жесткой подложке.
КПД оборудования зависит во многом от чистоты кремния и ориентации его кристаллов. Именно эти параметры пытаются улучшить инженеры последние десятилетия. Основной проблемой при этом является высокая стоимость процессов, которые лежат в основе очищения кремния и расположения кристаллов в одном направлении на всей панели.
Ежегодно максимальные КПД различных солнечных панелей изменяются в большую сторону, потому что в исследования новых фотогальванических материалов вкладываются миллиарды долларов
Полупроводники фотоэлектрических преобразователей могут изготавливаться не только из кремния, но и из других материалов. Принцип их работы при этом не изменяется.
