Порівняльний огляд видів сонячних батарей
Стрімко розвивається по всьому світу сонячна енергетика підтверджує свою перспективність. На ринку з'являються нові варіанти фотоелектричних модулів, підвищується їх продуктивність. На підбір сонячних батарей в чому впливає на клімат місцевості, для якої вони призначені. Саме тому бажаючим забезпечити домогосподарство або промисловий об'єкт «зеленою» електроенергією для початку потрібно розібратися в особливостях електрогенеруючих пристроїв.
Як працюють сонячні батареї?
Сонячні панелі (батареї, модулі), що являють собою об'єднання безлічі фотоелектричних перетворювачів, зафіксованих на жорсткою чи гнучкій підкладці. Детальніше розглянути принцип роботи пристроїв можна на прикладі самого ходового виду промислових батарей – кремнієвого.
Кожен фотоелемент панелі складається з двох пластин кремнію з токоотводящими мідними смугами. У місці зіткнення пластини мають найтонше покриття: одна – борне, інша – фосфорне. Під дією фотонів сонячного світла у фотоелементі з'являються області з надлишком і недоліком (так звані «дірки») електронів. На стику пластин, в місці напівпровідникового p-n переходу, що виникає электрогенерирующий ефект. Далі електричний струм з мідним смужкам надходить до перетворювачів напруги.
На продуктивність сонячних панелей в чому впливає орієнтація кристалів і чистота кремнію. Останні десятиліття розробники б'ються над поліпшенням цих параметрів, здешевленням виробництва очищеного, однорідного силициума. В якості напівпровідникового матеріалу може виступати не тільки кремній, але принцип роботи сонячних панелей залишається тим же.
Основні види сонячних батарей
За конструкційним особливостям розрізняють жорсткі та гнучкі сонячні панелі. Перші поки що займають лідируючі позиції на ринку, проте популярність друге неухильно зростає. Ключова перевага гнучких сонячних панелей – монтажна універсальність: тонкоплівкові пристрої можна встановити на поверхню будь-якого, в тому числі конструктивно складного об'єкта.
Види сонячних панелей по використовуваному напівпровідниковому матеріалу:
- кремнієві;
- арсенід-галлиевые;
- на основі CIGS;
- органічні;
- полімерні;
- телурид-кадмієві.
Існують також багатошарові, об'єднані фотоелектричні модулі.
У сонячній енергетиці широко застосовуються лише кремнієві панелі: вони займають 80% ринку. Це не самі продуктивні пристрої, та ще й чутливі до нагрівання. Зате у кремнієвих фотоелементів порівняно низька вартість, обумовлена доступністю і дешевизною кварцового порошку.
Кремнієві сонячні панелі
Фотоелектричні модулі на основі кремнію бувають кристалічними та аморфними. Останні роблять шляхом осадження гарячих парів гідриду кремнію на підкладку – скляний лист або еластичну полімерну основу. На сьогоднішній день існує три покоління аморфних сонячних панелей. І якщо ефективність перших зразків становила лише 4-5%, ККД останніх розробок досягає 12%. На ринку ж масово представлені панелі другого покоління з продуктивністю 8-9%. Протягом стандартного для них терміну служби 20-25 років потужність аморфних фотоелементів знижується на 15-20%.
Кристалічні сонячні панелі в свою чергу поділяються на монокристалічні і полікристалічні. У пластин mono-Si забарвлення однорідна, чорна, так як їх роблять з самого чистого кремнію з орієнтацією кристалів в одному напрямку. У готових фотоелементів форма псевдоквадрату – квадрата з закругленими кутами. Одержання монокристалів – трудомісткий і дорогий процес, тому вартість панелей на їх основі досить висока. Є ще один важливий нюанс: максимальної продуктивності такі пристрої досягають, коли сонячні промені падають на поверхню панелі під прямим кутом.
Полікристалічні батареї, або multi-Si, роблять з неоднорідного кремнію. Після очищення кремнієвий розплав заливають у форми. Після охолодження отримані блоки розрізають на квадрати. З-за різнобічної спрямованості кристалів у фотоелементів синій, нерівномірне забарвлення. Технологія виготовлення полікристалічних панелей простіше, а тому і вартість готових виробів нижче.
| Види кремнієвих сонячних панелей | Переваги | Недоліки |
| Аморфні панелі |
1. Можливість виготовлення тонких, гнучких виробів. 2. Надійність і простота конструкції. 3. Висока продуктивність при розсіяному освітленні. 4. Стабільна робота при високих температурах. 5. Менше зниження ефективності при запиленні поверхні. 6. Можливість монтажу на будь-які архітектурні форми. |
1. Потреба в великих площах. 2. Висока вартість виробів на гнучкій підкладці. |
| Монокристалічні панелі |
1. Висока продуктивність – не менше 17-25%. 2. Мінімальне падіння потужності протягом 25 років експлуатації. 3. Займають меншу площу, ніж полікристалічні, аморфні панелі аналогічної потужності. |
1. Висока вартість, тривала окупність. 2. Чутливість до забруднень. 3. Зниження продуктивності при розсіяному світлі. |
| Полікристалічні панелі |
1. Менша вартість у порівнянні з монокристаллическими виробами. 2. Хороші показники продуктивності в умовах розсіяного світла. 3. За 20 років експлуатації зберігають 80-85% потужності. |
1. Середня порівняно з іншими панелями продуктивність – 15-20%. 2. Займають більше площі, ніж монокристалічні панелі тієї ж потужності. |
Альтернативні фотоелектричні модулі
Сонячні батареї на основі селеніду міді-індію, галію (CIGS), телуриду кадмію (CdTe) не виробляються масово чинності рідкості і високої вартості сировини. Однак у таких електрогенеруючих пристроїв є ряд переваг перед кремнієвими виробами. Показники продуктивності сонячних панелей з рідкісних металів досягає 25-40%. Крім того, такі фотомодулі стабільно працюють в екстремальних умовах – при температурі 80-150 °C. Як результат, їх використовують у космічній галузі, теплової енергетики, для облицювання будівель в багатих країнах Аравійського півострова.
Порівняно нова розробка – полімерні і органічні сонячні панелі. Піонером по просуванню BIOPV є німецька компанія «Хелиатек». У 2017 фірма запустила найбільшу в світі систему інтегрованих органічних модулів. Фотоелектричну систему потужністю 22 кВт встановили на шкільній даху в Ла-Рошель (Франція). Мабуть, головним недоліком гнучких органічних панелей є невисокий ККД – всього 13%.
До достоїнств модулів, зроблених за технологією BIOPV, можна віднести:
- екологічність і доступність виробництва;
- економне витрачання сировини, енергії;
- при виготовленні не використовуються токсичні матеріали;
- мала вага (важать в 10 разів менше традиційних панелей);
- можливість простого, швидкого монтажу;
- низька собівартість;
- не потребують дорогої утилізації.
Що стосується полімерних сонячних панелей, то їх роблять з полифенилена, фталоцианина міді, фулеренів. Показники ефективності таких пристроїв вже досягають 15%. До плюсів відноситься і дешевизна виробництва.
Які сонячні батареї вибрати?
На дахах промислових об'єктів, будинків доцільно встановлювати полікристалічні панелі. Монокристалічні батареї краще реагують на пряме світло, тому вони найбільш ефективні в поєднанні з системами стеження (трекерами). Пристрої бажано встановлювати на висоті, відкритих майданчиках. Панелі на основі монокристалів ідеально підходять для екваторіальних країн. Переваги аморфного кремнію найбільш повно розкриваються в умовах тіні, хмарності. Такі панелі рекомендовані для північних регіонів, доречні там, де є великі площі.
Для території України актуальні кристалічні кремнієві модулі. Полікристалічні панелі підійдуть як для дахового, так і для наземного розміщення. Якщо площа покрівлі обмежена, краще встановити монокристалічні моделі. Майбутньому власнику сонячної електростанції варто знати, що за вартістю і якістю фотомодулі провідних виробників слабо відрізняються. Детальніше ознайомитися з характеристиками сонячних панелей, щоб визначитися з конкретною моделлю, можна в менеджерів компанії Ecotech.
ECOTECH UKRAINE
Спека. Як не втратити продуктивність сонячних панелей?Оскільки зараз зима, саме час спокійно і зважено подумати про ризики, яких буде зазнавати ваша сонячна електростанція влітку, а саме, негативний вплив підвищених температур на ефективність роботи. Наскільки цей вплив великий і чи можна його зменшити?Повна версія статті
Скільки коштує сонячна електроенергія?Схоже, сонячні електростанції вже стали найдешевшим джерелом електроенергії, обігнавши навіть АЕС!Повна версія статті
