Сравнительный обзор различных видов солнечных батарей

Разновидности солнечных панелей

Существуют следующие разновидности модулей:

Монокристаллические. Их структура представлена силиконовыми ячейками, которые преобразуют энергию Солнца в электрическую. Несомненные плюсы — компактность и эффективность в плане производительности, среднее число которой составляет 22-25%. Монокристаллические модули и по сей день являются уверенными лидерами по показателям мощности, КПД и долговечности. Это отражается и на стоимости: цена их очень высока.
Поликристаллические. Производятся из кремния, имеющего поликристаллическую структуру. Стоят намного дешевле первого варианта. Но их технические характеристики, в том числе и производительность, уже ниже — 18-23%. Благодаря этому солнечные панели перестали быть чем-то недоступным для обычных людей. Человек со средним уровнем достатка вполне может воспользоваться именно этим предложением.
Аморфные. Их конструкция предусматривает наличие фотоэлементов, изготовленных из тонкой пленки. В отличие от поли- и монокристаллических модулей, они не могут выработать большого количества энергии. Но и стоимость у них гораздо меньше. При этом аморфные панели обладают очень ценным преимуществом: они могут полноценно работать в условиях не только рассеянного, но и совсем слабого освещения. Тонкопленочные панели являются экспериментальной разработкой. Поэтому в широкой продаже их встретить пока нереально.

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%.

От чего зависит эффективность работы солнечных батарей?

На эффективность работы солнечных батарей оказывают влияние несколько факторов:

Температура;
Угол падения солнечных лучей;
Чистота поверхности;
Отсутствие тени;
Погода.

В идеале угол падения солнечных лучей на поверхность фотоэлемента должен быть прямым. При прочих равных в этом случае будет максимальная эффективность. В некоторых моделях для увеличения КПД в солнечных батареях устанавливается система слежения за солнцем. Она автоматически меняет угол наклона панелей в зависимости от положения солнца. Но это удовольствие не из дешёвых и поэтому встречается редко. При работе фотоэлементы нагреваются, и это отрицательно сказывается на эффективности их работы. Чтобы избежать потерь при преобразовании энергии следует оставлять пространство панелями и поверхностью, где они закреплены. Тогда под ними будет проходить поток воздуха и охлаждать их.

Монтаж солнечных батарей Несколько раз в год обязательно нужно мыть и протирать панели. Ведь КПД фотоэлектрических панелей прямо зависит от падающего света, а значит, от чистоты поверхности. Если на поверхности есть загрязнения, то эффективность солнечных батарей будет снижаться

Важно сделать правильную установку батарей. Это означает, что на них не должна падать тень

Иначе эффективность системы в целом будет сильно снижаться. Крайне желательно устанавливать фотоэлементы на южной стороне.

Что касается погоды, то от неё также зависит очень многое. Чем ближе ваш регион к экватору, тем большая плотность излучения будет попадать солнечного излучения на панели. В нашем регионе зимой эффективность может упасть в 2─8 раз. Причины как в уменьшении солнечных дней так и в снеге, попадающим на панели.

Обзор модулей, не использующих кремний

Солнечные панели, изготавливаемые из более дорогих аналогов, достигают коэффициента в 30%, они могут быть в несколько раз дороже аналогичных систем на основе кремния. Некоторые из них всё же имеют более низкий КПД, при этом обладая возможностью работать в агрессивной среде. Для изготовления таких панелей применяется чаще всего теллурид кадмия. Применяются и другие элементы, но реже.

Перечислим основные преимущества:

Высокий КПД, от 25 до 35%, с возможностью достигнуть, в относительно идеальных условиях даже 40%.
Фотоэлементы стабильны даже при температурах до 150 °C.
Концентрация света от светила на маленькой панели позволяет обеспечить водяной теплообменник энергией, в результате чего образовывается пар, который вращает турбину и генерирует электричество.

Как и говорили ранее — минусом является высокая цена, но в некоторых случаях они являются лучшим решением. Например, в экваториальных странах, где поверхность модулей может нагреться до 80 °C.

Основные виды и классификация солнечных батарей

Все солнечные батареи, известные в настоящее время, можно классифицировать следующим образом:

Устройства малой мощности, предназначенные для питания и зарядки небольших приборов – смартфонов, планшетов и т.д. Их можно применять вне стационарных сетей.
Универсальные батареи. Обеспечивают питание электронных устройств при отсутствии стационарной сети.
Солнечная батарея (панель). Состоят из набора фотоэлементов, закрепленных на подложке. Получили наиболее широкое распространение и в свою очередь разделяются на отдельные категории.

Классификация и типы солнечных батарей (модулей):

Фотоэлектрические преобразователи. Конструктивно являются полупроводниковыми устройствами для преобразования солнечной энергии напрямую в электрическую. Несколько элементов, соединенных между собой, становятся солнечной батареей, которая выглядит как панель. Принцип действия заключается в фотоэлектрическом эффекте, когда в неоднородных полупроводниковых структурах под действием солнечного света появляется электрический ток. Электрофизические характеристики полупроводников могут отличаться, что влияет и на эффективность самого преобразователя.
Гелиоэлектростанции. Представляют собой солнечные установки, работающие от концентрированной энергии солнца, приводящей в движение паровые, газотурбинные и другие агрегаты. Принцип работы основан на использовании обычных линз или вогнутых зеркал, собирающих и концентрирующих солнечные лучи. В фокусе размещается нагревательный элемент, температура которого постепенно увеличивается. Зеркала считаются более эффективными, поскольку дают возможность получить более мощное излучение.
Солнечные коллекторы. Относятся к низкотемпературным нагревательным установкам, обеспечивающим горячее водоснабжение в автономном режиме. Широко применяются и в других сферах. Мощность каждого устройства полностью зависит от его полезной площади. Они способны нагревать жидкости до температур в диапазоне 100-200С.

Дополнительная классификация

Существует еще целый ряд признаков, позволяющих классифицировать солнечные батареи. Среди них большое значение имеет расположение атомов кремния в кристаллическом элементе.

В связи с этим, можно выделить следующие типы солнечных батарей:

Монокристаллические. Для их изготовления применяется кремний высокой чистоты, получаемый промышленным способом. КПД таких батарей составляет 14-17%.
Поликристаллические. Этот вид солнечных батарей изготавливается из кремниевого расплава, медленно охлаждаемого до нужного состояния. Данный способ значительно дешевле, а полученный кремний приобретает ярко синий цвет. КПД таких элементов ниже, в пределах 10-12%.
Панели на основе аморфного кремния. Они относятся к категории тонкопленочных, поскольку кремний наносится на основу как очень тонкая пленка и покрывается защитным материалом. Данный метод изготовления считается наиболее дешевым и простым, но эффективность таких изделий ниже, чем в любом кристаллическом варианте. Компоненты панелей постепенно теряют свои качества. КПД находится на уровне 5-6%.

Основные виды солнечных панелей следует рассмотреть более подробно. Зная их параметры и технические характеристики, гораздо легче сделать правильный выбор.

Новый мировой рекорд: эффективность солнечных батарей повысили до 29,15%

Научно-исследовательская группа Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) описала в журнале Science разработку тандемного солнечного элемента из перовскита и кремния. Его КПД составил 29,15%. На текущий момент — это новый мировой рекорд. Предыдущие показатели КПД были в районе 28%. Исследователи планируют довести эффективность тандемного солнечного элемента до 30% и даже превысить этот показатель. Для солнечных элементов базовым материалом является кремний, а разработки с использованием перовскита (титаната кальция) ведутся параллельно. Ученые думают, что возможности перовскита еще не раскрыты и используя оба материала, они получают прирост эффективности.

Принцип работы

Конструкция множества солнечных батарей сделана по принципу, что они в физическом смысле являются фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект проявляется в месте «p–n» перехода.

Чтобы сконцентрировать в себе солнечную энергию, полупроводники выполнены в форме панелей. По этой причине эти конструкции получили одноимённое название в независимости от их формы (гибкие или статичные) — солнечные панели.

По какому принципу работают солнечные панели и системы на их основе? Панель включает в себя 2 кремневые пластины с различимыми друг от друга свойствами. Процесс вырабатывания электроэнергии происходит так:

Воздействие солнечных лучей на первую приводит к недостаче электронов.
При воздействии на вторую пластину, та получает избыток электронов.
К пластинам подведены полосы из меди, проводящие ток.
Полосы подключаются к преобразователям напряжения с встроенными АКБ.

Основа — это кремниевые пластины. Но чтобы данную конструкцию использовать в качестве источника бесперебойного питания (а не только во время солнцестояния), к ней подключаются не дешевые аккумуляторы (с их помощью подключенные к сети объекты расходуют энергию ночью).

В промышленности конструкция для поглощения энергии Солнца сделана из многочисленных ламинированных фотоэлектрических ячеек, связанных друг с другом и поставленных на гибкой или жесткой подставке.

Коэффициент полезного действия конструкции вычисляется исходя из применения разных факторов. Основными являются — чистота задействованного кремния и размещение кристаллов.

Процесс очищения кремния довольно сложен, да и расположить кристаллы в единой направленности не легко. Сложность процессов, отвечающих за повышение КПД конвертируется в высокую цену за подобное оборудование.

Солнечные панели — перспективное направление в энергетике, поэтому в исследования новых проектов в этой сфере инвестируется многомиллиардные вложения. Каждый квартал коэффициент фотоэлектрического преобразования повышается, благодаря манипуляциям с проводниками и элементами конструкции. При этом, за основу может браться не только кремний.

Типы преобразователя

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

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.

Панели из аморфного кремния

Описание

Механизм их изготовления совершенно иной, чем у кристаллических фотоэлементов. Для них используется гидрид вместо чистого кремния. Его нагревают до парообразного состояния. Когда пары достигают подложки, они осаждаются на ней. Затраты на изготовления снижаются, а кристаллы не образуются (в понимании классическом).

Разработано уже 3 поколения таких панелей, анализ характеристик которых дает право говорить о растущем КПД. Первые образцы отличались эффективностью, едва достигавшей 5%, у второго поколения это значение достигало 9, а у последних разработок это уже 12%. Их уже можно встретить в продаже, но цена на них пока остается высокой.

Благодаря особой структуре, подобные солнечные панели максимально поглощают энергию в слабом рассеянном свете, поэтому успешно применяются они в районах севера, где мало солнца и имеются огромные свободные площади.

Важно: на эффективности работы таких батарей не сказывается повышение температуры, хотя в сравнении с панелями на основе арсенида галлия, она ниже

Преимущества

гибкая основа, упрощающая монтаж и расширяющая область использования;
в рассеянном свет высокий КПД;
стабильность при высокой температуре;
устойчивость к повреждениям механического характера;
независимость от загрязнений.

При правильной эксплуатации они служат не менее 20 лет, за которые падение мощности составляет 15-20.

Недостатки

Помимо кремниевых, производятся панели, в основе которых лежат редкие, значит, дорогостоящие металлы. КПД подобных конструкций превышает 30%, а цена в разы выше стоимости кремниевых. И, несмотря на это, свою нишу на рынке они успели занять.

На что еще обратить внимание

Хотите сделать полностью автономный дом с солнечными батареями и пользоваться альтернативным электричеством? Стоит принять во внимание несколько важных факторов, которые и помогут определиться с окончательным решением, принесет ли солнечная батарея тот эффект для вашего частного дома, на который вы рассчитываете

Характер местности

Прежде всего, стоит учитывать местность, где расположено ваше домовладение. От этого будет зависеть мощность, выдаваемая батареей. Если дом находится в окружении высоких деревьев или многоэтажных зданий, то солнечные панели не смогут работать на полную мощность.

В условиях частичного затенения или неполного освещения лучше функционируют поликристаллические панели, а вот монокристаллические производить энергию не смогут. Потому-то для дачи с наличием приусадебного участка, где растут высокие садовые деревья, брать панель на монокристаллах нецелесообразно.

Климат

Солнце – это тот источник, откуда черпает энергию система солнечных батарей. Поэтому следует учитывать климатические условия региона, в котором расположен дом. А именно, сколько солнечных дней бывает в разное время года.

Количество солнечной энергии называется инсоляцией, вычисляемой по формуле: кВт/м²/количество дней. Эта цифра определяет, какой объем солнечного света попадет на панели, чтобы стать электроэнергией. Большое число означает большое количество полученной энергии от солнечных батарей для дома. Чтобы добиться получения необходимой выходной мощности при низкой инсоляции, понадобится большее покрытие поверхности коттеджа панелями.

Реальная потребность в энергии

Следует рассчитать, сколько энергии необходимо для покрытия всех потребностей. От этой цифры зависит, в какой зоне покрытия вы нуждаетесь. Лучше всего такие исчисления доверить профессионалам.

Если говорить о самых приблизительных цифрах, то получится, что в среднем один дом нуждается в 62 панелях, площадь которых составляет 65 м².

Обслуживание

При приобретении батареи для частного дома нужно быть готовыми к тому, что придется осуществлять ее обслуживание своими силами. Если панели корректно установлены, они прослужат долго, не выходя из строя. Но вот позаботиться об их чистоте предстоит самим владельцам.

Осадки в виде снега, пыльный налет, экскременты птиц, другие загрязнения закрывают доступ солнечного света к панелям. Электроснабжение дома будет при таких условиях значительно снижаться. Для очистки системы применяется полив водой из шланга. Если солнечная батарея для квартиры размещена на балконе, уход в этом случае намного проще, чем за теми, которые располагаются в доме на крыше.

Также следует следить за исправностью всех элементов.

Утилизация

Срок эксплуатации солнечных панелей доходит до 50 лет, вспомогательных компонентов (контроллеров и инверторов) – до 20 лет, аккумулятор прослужит с учетом его типа и условий использования до 10 лет.

Стоит подумать об утилизации отработанных элементов. Мало кто принимает отработанные солнечные модули для переработки, но все же спрос на них ежегодно увеличивается. Повторная переработка даст им новую жизнь, они найдут свое достойное применение. Бывшие в использование солнечные батареи на даче станут хорошей альтернативой привычному электричеству.

Область альтернативной электроэнергетики постоянно развивается, совершенствуются уже имеющиеся технологии. Стоит надеяться на удешевление современных разработок и их доступность в будущем для тех, кто желает иметь собственный независимый источник энергии.

Как вам статья?

Мне нравитсяНе нравится