Для наших клиентов мы провели обзор — сравнение солнечных панелей в условиях Харькова. Целью данного обзора является оценка целесообразности переплачивать 30% за солнечные панели известного европейского производителя, и понятно донести преимущества и недостатки солнечных батарей китайского и немецкого производства.
Для теста мы приобрели немецкую батарею премиум класса, и батарею именитого китайского производителя.
Сравнение солнечных панелей по внешнему виду
Для начала удовлетворим визуалов, посмотрим на внешний вид наших панелей:
Синий цвет, не однородная структура, фотоэлектрические элементы квадратной формы – поликристаллическая солнечная панель китайского производства. Черного цвета, однородной кристаллической структуры, со скругленными углами элементов – монокристаллическая панель немецкого производства.
Вид сзади, заливка компаундом:
 |
 |
 |
 |
 |
- Видим неровные стыки китайской батареи и гладкую, аккуратную заливку компаундом в немецких батареях.
- Не хочется заранее расстраивать настоящих или будущих владельцев китайских солнечных панелей, но эти недочеты в будущем приводят к разгерметизации пакета, попаданию воды и трещинам:
- Что в дальнейшем приведет к снижению эффективности солнечной батареи до минимума.
- Не смотря на описанные недостатки, обе панели выглядят достойно.
Тестирование солнечных панелей по производимой мощности
День был с переменной облачностью, временами светило яркое солнце, а иногда даже срывался снег — идеальные погодные условия для проведения тестирования при разном уровне освещенности.
Нагрузкой батарей служили три лампы накаливания 36 В, 100 Вт. Одновременно производилось измерение тока и напряжения на нагрузке. С одной стороны можно было визуально наблюдать производимую мощность солнечной панели по яркости свечения ламп, с другой — гибко менять нагрузку от 100 до 300 Вт.
В течении дня при разных уровнях освещения производились измерения тока и напряжения на одинаковой нагрузки, подключенной к каждой из панелей. В результате чего получили графики мощности, производимой солнечными панелями в течении дня.
Выводы из обзора солнечных панелей разных производителей
На основании проведенных измерений можно сделать вывод, что среднегодовая производительность немецкой панели будет на 20% выше, чем китайской. Учитывая более высокую производительность, а также несравненное качество изготовления немецкой солнечной батареи, считаем разницу в 30% полностью оправданной.
Данный обзор солнечных панелей проведен в климатической зоне Харькова компанией «Аркодан». Возникшие вопросы задавайте по телефону или письмом:
+38 (096) 763-25-25 +38 (057) 763-25-25
ул. Ак. Проскуры, 1, Харьков, Украина
arkodan@arkodan.com
Солнечная батарея КПД, типы. Нано солнечные батареи, эффективность, характеристики
Дата добавления: 30.04.2015
В наше время возобновляемая энергетика, особенно где используется солнечная энергия, развивается очень интенсивно. В связи с этим продолжается активный поиск способов и устройств, повышение продуктивности существующих систем, позволяющих максимально эффективно преобразовать энергию солнца в электричество.
Тут можно выделить два направления – прямое преобразование солнечного излучения в электрический ток, и многократное преобразование солнечной энергии – в тепло, далее в механическую работу, а потом в электричество.
Пока во втором направлении достигнуты более высокие результаты – промышленные гелиоустановки с концентраторами, турбинами или двигателями Стирлинга показывают отличную продуктивность преобразования солнечной энергии.
Так, на эксплуатирующейся в в Нью-Мексико гелиостанции с солнечными концентраторами и двигателями Стирлинга получен КПД на выходе, с учетом расходов энергии на систему ориентации и прочее — 31,25 %.
Но подобные гелиоустановки чрезвычайно сложные и дорогие, эффективны в условиях очень высокой солнечной инсоляции и пока достаточного развития в мире не получили. Поэтому прямые преобразователи солнечного излучения – солнечные батареи, занимают лидирующее положение в мире солнечной энергетики по инсталляциям и спектру применения.
Продуктивность серийных промышленных солнечных панелей на сегодняшнее время, в зависимости от технологии, находится в диапазоне от 7 до 20%. Технологии не стоят на месте, развиваются и совершенствуются, уже разрабатываются и тестируются новые ячейки, по крайней мере, вдвое продуктивнее существующих.
Попробуем вкратце рассмотреть основные направления развития фотоэлектрических панелей, технологий и их продуктивности.
Подавляющее большинство ячеек солнечных преобразователей современных серийных фотомодулей изготавливается из монокристаллического (C-Si), или поликристаллического (МС-Si) кремния.
На сегодняшний день такие кремниевые фотоэлектрические модули занимают около 90% рынка фотоэлектрических преобразователей, из которых примерно 2/3 приходится на поликристаллический кремний и 1/3 — на монокристаллический.
Далее идут солнечные модули, фотоэлементы которых изготовлены по тонкопленочной технологии – методом осаждения, или напыления фоточувствительных веществ на различные подложки.
Существенное преимущество модулей из этих элементов – более низкая стоимость продукции, ведь для их требуется примерно в 100 раз меньше материала по сравнению с кремниевыми пластинами. И пока что меньше всего представлены многопереходные солнечные элементы из так называемых тандемных, или многопереходных ячеек (multijunction cells).
Доли рынка фотоэлектрических панелей различных технологий:
Кремниевые кристаллические фотомодули
КПД ячеек кремниевых модулей на сегодня порядка 15 – 20% (поликристаллы — монокристаллы). Этот показатель в целом скоро может быть увеличен на несколько процентов.
Например, компания SunTech Power, один из крупнейших мировых производителей модулей из кристаллического кремния, заявила о своем намерении в течении ближайшей пары лет выпустить на рынок фотомодули с КПД 22%. Существующие же лабораторные образцы монокристаллических ячеек показывают производительность 25%, поликристаллических – 20,5%.
Теоретический максимальный КПД у кремниевых однопереходных (p-n) элементов – 33,7%. Пока он не достигнут, и основная задача производителей, кроме увеличения эффективности ячеек – усовершенствование технологии производства, удешевление фотомодулей.
Отдельно позиционируются фотомодули компании Sanyo, произведенные по технологии HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) с использованием нескольких слоев кремния, аналогично тандемным многослойным ячейкам.
КПД таких элементов из монокристаллического C-Si и нескольких слоев нано кристаллического nc-Si — 23%.
Это самый высокий на сегодня показатель КПД ячеек серийных кристаллических модулей, своего рода нано солнечные батареи.
Тонкопленочные солнечные батареи эффективность.
Под этим названием подразумевается несколько различных технологий, о производительности которых вкратце расскажем.
В настоящее время существует три основных типа неорганических пленочных солнечных элементов – кремниевые пленки на основе аморфного кремния (a-Si), пленки на основе теллурида кадмия (CdTe) и пленки селенида меди-индия-галлия (CuInGaSe2, или CIGS).
КПД современных тонкопленочных солнечных батарей на основе аморфного кремния около 10%, фотомодулей на основе теллурида кадмия — 10-11% (компания First Solar), на основе селенида меди-индия-галлия – 12-13% (японские солнечные модули SOLAR FRONTIER). Показатели эффективности пред серийных элементов: CdTe имеют КПД 15.
7% ( модули MiaSole), а CIGS элементов 18,7% (ЕМРА). КПД отдельных тонкопленочных солнечных батарей значительно выше, например, данные по производительности лабораторных образцов элементов из аморфного кремния – 12,2% (компания United Solar), CdTe элементов – 17,3% (First Solar), CIGS элементов – 20,5% (ZSW).
Пока солнечные преобразователи на основе тонких пленок аморфного кремния лидируют по объемам производства среди других тонкопленочных технологий – объем мирового рынка тонкопленочных Si элементов около 80%, солнечных ячеек на основе теллурида кадмия – около 18% рынка, и селенид меди-индия-галлия – 2% рынка.
Это связано, в первую очередь, со стоимостью и доступностью сырья, а так же более высокой стабильностью характеристик, чем в многослойных структурах. Ведь кремний – один из самых распространенных элементов в земной коре, индий же (элементы CIGS) и теллур (элементы CdTe) рассеяны и добываются в малом количестве.
Кроме того, кадмий (элементы CdTe) токсичен, хотя все производители таких солнечных модулей гарантируют полную утилизацию своей продукции. Так же процесс деградации в элементах тонкопленочных модулей протекает быстрее кристаллических ячеек. Дальнейшее развитие фотоэлектрических преобразователей на основе неорганических тонких пленок связано с усовершенствованием технологии производства и стабилизации их параметров.
К тонкопленочным солнечным батареям относятся также органические/полимерные тонкопленочные светочувствительные элементы и сенсибилизированные красители. В этом направлении коммерческое применение солнечных элементов пока ограничено, все находится в лабораторной стадии, а так же в совершенствовании технологии будущего серийного производства.
Ряд источников заявил о достижении КПД элементов на органических преобразователях больше 10%: немецкая компания Heliatek -10,7%, университета Калифорнии UCLA – 10,6%. Группа ученых из лаборатории в EPFL получила КПД 12,3% ячеек из сенсибилизированных красителей.
Вообще направление органических тонкопленочных элементов, а так же светочувствительных красителей считается одним из перспективных.
Регулярно делаются заявления о достижении очередного рекорда эффективности, выходе технологий за стены лабораторий, покрытии в скором времени всех доступных поверхностей высокоэффективными и дешевыми солнечными преобразователями – компании Konarka, Dyesol, Solarmer Energy. Работы сосредоточены над повышением стабильности характеристик, удешевлением технологий.
Многопереходные (многослойные, тандемные) солнечные панели характеристики.
Ячейки из таких элементов содержат слои различных материалов, образовывающие несколько p-n переходов.
Идеальный солнечный элемент в теории должен иметь сотни различных слоев (p-n переходов), каждый из которых настроен на небольшой диапазон длин волн света во всем спектре, от ультрафиолетового до инфракрасного.
Каждый переход поглощает солнечное излучение с определенной длиной волны, таким образом, охватывая весь спектр. Основным материалом для таких элементов являются соединения галлия (Ga) — фосфид индия галлия, арсенид галлия, и др.
Одним из частных решений преобразования всего солнечного спектра является применение призм, разлагающих солнечный свет на спектры, концентрирующиеся на однопереходных элементах с различным диапазоном преобразования излучения.
Не смотря на то, что исследования в области многопереходных солнечных элементов продолжаются уже два десятилетия, и фотомодули из таких ячеек успешно работают в космосе (солнечные батареи станции «Мир», марсоходов «Mars Exploration Rover» и др.), их практическое земное использование начато сравнительно недавно.
Первые коммерческие продукты на таких элементах вышли на рынок несколько лет назад и показали отличный результат, а исследования в этом направлении постоянно приковывают к себе внимание.
Дело в том, что теоретический КПД двухслойных ячеек может составить 42% эффективности, трехслойных ячеек 49%, а ячеек с бесконечным количеством слоев — 68% не фокусированного солнечного света. Предел продуктивности ячеек с бесконечным количеством слоев составляет 86,8% при применении концентрированного солнечного излучения.
На сегодня практические результаты КПД для многопереходных ячеек составляют порядка 30% при не сфокусированном солнечном свете.
Этого недостаточно, чтобы компенсировать затраты на производство таких ячеек – стоимость многопереходной ячейки примерно в 100 раз выше аналогичной по площади кремниевой, поэтому в конструкциях модулей из многопереходных ячеек применяются концентраторы для фокусировки света в 500 – 1000 раз. Концентратор в виде линзы Френеля и параболического зеркала собирает солнечный свет с площади, в 1000 раз превышающей площадь ячейки. Полная стоимость фотомодулей из многопереходных ячеек с применением концентраторов (СРV) значительно удешевляется за счет недорогих линз и подложек, компенсируя высокую стоимость производства самой ячейки. При этом производительность ячеек возрастает до 40%.
Читайте также: Септики sani: обзор модельного ряда, достоинства и недостатки, советы по выбору
Солнечные батареи характеристики. Например, КПД ячеек компании SolFocus размером 5,5 мм х 5,5 мм составляет 40% при применении концентраторов; а средние размеры ячеек в СРV системах имеют размеры в диапазоне от 5,5 мм х 5,5 мм до 1 см х 1 см.
При чем для производства 1см? ячеек необходима 1/1000 сырья в сравнении с ячейкой аналогичной продуктивности из кристаллического кремния. Чтобы многопереходные ячейки работали с максимальной эффективностью, необходима постоянная высокая интенсивность солнечного излучения, для этого применяются двухосевые системы ориентации СРV систем.
Местами развертывания солнечных ферм на базе модулей из многопереходных ячеек с концентраторами являются регионы с высокой солнечной инсоляцией.
Максимальный КПД многопереходных ячеек, полученный в лабораторных условиях c применением концентраторов, составляет на сегодня 43,5% (Solar Junction), и по прогнозам, будет увеличен в ближайших пару лет до 50%.
Как видим, на сегодня существуют солнечные ячейки с высокой продуктивностью, изготавливаемые по различным технологиям, и основная задача производителей – удешевление конечного продукта, адаптация лабораторных исследований для массового производства.
Не смотря на малый расход сырья в тонкопленочных солнечных элементах, стоимость некоторых компонентов в разных видах довольно высокая, так же, как энергоемки сами технологии производства. Остается под вопросом долговременная стабильность параметров.
Пока еще очень дорогими являются многопереходные солнечные ячейки, для максимальной эффективной работы которых к тому же необходима повышенная концентрация солнечного излучения. Поэтому кристаллические кремниевые элементы в ближайшее время будут удерживать лидирующие позиции на рынке фотоэлектрических преобразователей, снижаясь в цене.
Потеснят их только эффективные и дешевые тонкопленочные модули, возможно, из полимерных полупроводников, или светочувствительных красителей. Но прогнозы в развитии той, или иной технологии – дело не благодарное. Поживем – увидим.
Характеристики
Виды и типы солнечных батарей
Все существующие на сегодняшний день виды солнечных батарей можно условно подразделить на следующие классы:
- батарея маломощная – предназначается для зарядки таких гаджетов, как мобильный телефон и КПК, а также негабаритной техники;
- батарея универсальная – предназначена для питания электроники «в полевых условиях», обычно пользуется популярностью у туристов;
- панель солнечных элементов – набор фотопластин на подложке, является основным элементом солнечных устройств широкого спектра.
Помимо этого, классификация солнечных батарей выделяет 3 основных типа: ФЭП – фотоэлектрические преобразователи, ГЕЭС – гелиоэлектростанции и СК — солнечные коллекторы.
Фотоэлектрический преобразователь в лаборатории
1. Фотоэлектрический преобразователь представляет собой полупроводниковое устройство по преобразованию солнечной энергии непосредственно в электричество. Несколько соединенных между собой преобразователей образуют солнечную батарею.
Принцип работы ФЭП основан на фотовольтаическом эффекте, т.е. возникновении электрического тока при воздействии солнечного излучения на неоднородную полупроводниковую структуру. Неоднородность структуры достигается несколькими путями:
- первый способ – легирование полупроводника различными примесями, вследствие чего образуются несколько p-n переходов;
- второй способ – соединение разных полупроводников, которые имеют разную ширину запрещенной зоны, т.е. энергию отрыва из атома электрона. При этом создаются гетеропереходы;
- третий способ – изменения химического состава полупроводника, что приводит к созданию градиента ширины запрещенной зоны, варизонных структур иначе.
Также возможны комбинации перечисленных выше способов, что позволяет добиться большей эффективности преобразователя, которая зависит от электрофизических характеристик полупроводниковой структуры и оптических свойств преобразователя.
Важным фактором, определяющим оптические свойства, является фотопроводимость, которая обуславливается явлением внутреннего фотоэффекта, возникающего при облучении полупроводника солнечным светом.
Руководствуясь этими физическими свойствами на заводах изготавливают солнечные батареи, которые используются во многих отраслях промышленности.
Гелиоэлектростанция Gemosolar
2. Гелиоэлектростанция – это солнечная установка, которая использует концентрированную солнечную энергию для приведения в действие различных машин: паровых, газотурбинных, термоэлектрических и др. Практическое применение гелиоэлектростанций достаточно разнообразно: выработка электроэнергии, отопление, опреснение морской воды.
Процесс концентрации солнечной энергии осуществляется в специальных концентраторах, в которых используется принцип обычной линзы. В промышленности вместо линз используют вогнутое зеркало, т.к. линзы достаточно тяжелы и имеют высокую стоимость.
Такие зеркала являются основным элементом гелиоконцентратора, который собирает параллельные солнечные лучи. Как только в фокусе зеркала размещается труба с водой, она начинает нагреваться.
Зеркало выполняют либо из обычного стекла, либо из полированного алюминия.
Применение зеркал, по сравнению с линзами, световодами и подобными устройствами, является наиболее эффективным, поскольку позволяет получить наиболее высокий уровень мощности солнечного излучения. Наиболее эффективно применение гелиоэлектростанций в тропических широтах. Средняя полоса также позволяет применять этот принцип преобразования энергии.
Солнечные коллекторы автосалона Гема Моторс
3. Солнечный коллектор представляет собой низкотемпературную нагревательную установку, которая используется для автономного горячего водоснабжения как жилых, так и производственных помещений.
Солнечный коллектор – наиболее используемый тип преобразователей солнечной энергии. Они выполняют широкий спектр работ по преобразованию энергии.
При помощи солнечных коллекторов добывают из колодцев воду, подогревают пищу, высушивают фрукты и овощи, замораживают продукты и т.п.
Главное преимущество солнечного коллектора – высокое значение КПД. Мощность коллектора определяется его полезной площадью. Солнечные коллекторы могут нагреть воду до температуры 100-200 градусов (в зависимости от вида солнечных батарей).
Все солнечные коллекторы можно разделить на 3 вида – плоские, вакуумные и коллекторы-концентраторы:
- плоский коллектор представляет собой конструкцию из элемента-абсорбера, который поглощает солнечное излучение; прозрачного покрытия (обычно используется закаленное стекло с пониженным содержанием металла) и термоизолирующего слоя. Плоский солнечный коллектор способен нагревать воду до 190-200 градусов.
Особое оптическое покрытие плоского коллектора в инфракрасном свете не излучает тепло, что значительно повышает его эффективность. В качестве абсорбера широко применяется листовая медь, отличающаяся хорошей теплопроводностью; - вакуумный коллектор имеет многослойное стеклянное покрытие. Тепловая труба вакуумного коллектора устроена, как термос. Это позволяет сохранять до 95% тепловой энергии. В нижней части трубки коллектора располагается жидкость, которая при нагревании превращается в пар. Поднимаясь в конденсатор, расположенный в верхней части трубки, пар конденсируется и передает в коллектор тепло (по законам физики).
При условиях слабой освещенности этот вид коллекторов обладает большим КПД, чем плоские коллекторы; - коллектор-концентратор для концентрации солнечной энергии использует зеркальную поверхность, которая фокусирует свет с большой поверхности на меньшей поверхности абсорбера. Благодаря этому достигается достаточно высокая температура. В некоторых случаях излучение может концентрироваться в фокусной точке, в других случаях — вдоль тонкой фокальной линии. Для работы с концентраторами используются специальные следящие устройства, которые поворачивают его солнечному свету.
Концентраторы позволяют нагревать до значительно более высоких температур, чем предыдущие виды, однако могут концентрировать лишь прямое излучение. В туманную и облачную погоду работа концентраторов затруднена. Концентраторы наиболее эффективны в пустынных регионах и близко к экватору и используются в основном в промышленности, вследствие их дороговизны.
Дополнительно все солнечные батареи классифицируются по организации атомов кремния в кристалле солнечного элемента: монокристаллические, поликристаллические и аморфные.
Батареи, полученные из монокристаллов кремния, пользуются наибольшей популярностью. КПД монокристаллических батарей – 14-17%.
КПД поликристаллических батарей – 10-12%.
Этот метод изготовления самый простой и дешевый, однако эффективность батареи значительно ниже, чем в кристаллических батареях, к тому же элементы из аморфного кремния подвержены процессу деградации. Работают тонкопленочные батареи при рассеянном излучении, устанавливаются на стены зданий. КПД батарей из аморфного кремния – 5-6%.
О структуре солнечной батареи в готовом исполнении вы сможете прочесть в другой статье. Последние разработки швейцарских ученых позволили получить новый дизайн тонкопленочных солнечных элементов, которому дали название «швейцарский сыр».
Разработчики придумали 3D-форму, при которой поглощающий слой сохраняется толстым, но расстояние между электродами при этом достигается минимальное. В разработке применялась технология плазменно-химического осаждения, которая обычно используется для производства ЖК-экранов.
Дополнительно были внедрены подложки из массива наностолбиков оксида цинка. Полученная форма позволяет копировать форму поликристаллов.
Рейтинг ТОП 7 лучших производителей солнечных батарей для дома
Как уже говорилось, основой для создания фотоэлемента стали полупроводники.
В них “лишние” отрицательно заряженные частицы из насыщенного слоя способны покидать свои энергетические уровни, тогда как ненасыщенный слой эти частицы принимает.
Именно световая энергия “выбивают” заряженные частицы из атомов одного из слоев кристалла. Согласно описанному эффекту электроны “бегают” по кругу, заряжая элемент нагрузки (аккумуляторные батареи).
Первым фотоэлектрическим материалом в истории разработки и создания солнечных систем был селен. Сугубо с его помощью создавали фотокристаллы в конце девятнадцатого века. Но после непродолжительных тестов от селена отказались – коэффициент полезного действия кристалла не превышал один процент.
Массовая разработка солярных аккумуляторных систем стала возможной после наработок телекоммуникационной компании Bell Telephone – они создали фотоэлемент на базе силициума (кремния). И до сих пор весь мир создает батареи на основе именно данного материала.
Мощности дискретных кристаллов оказалось мало – потребителям (например, бытовым электроприборам) требовался мощный ток. Именно по этой причине отдельные элементы соединяют в цепь, формируя тем самым целую солнечную панель.
В общем виде, панель выглядит так: на жесткий каркас элементы крепятся так, чтобы их при некорректной работе возможно было заменить не нарушая целостность системы. С целью защиты от атмосферных осадков и прочих негативных влияний панель накрывают толстой пластиковой поверхностью или закаленным стеклом.
Как сравнить параметры солнечных батарей
Если вы искали в Интернете, то, вероятно, знаете, что на рынке есть много различных типов солнечных панелей, и еще куча находится на переднем крае фотоэлектрических исследований. Итак, какие именно варианты доступны для домашнего потребителя? Как работают различные типы солнечных батарей? Что лучше монокристаллические или поликристаллические?
А самое главное, какие солнечные панели лучше для нас?
Солнечная батарея состоят из коллекций отдельных солнечных элементов, и эти элементы в свою очередь могут быть изготовлены из самых разных материалов. Общая эффективность ваших панелей будет зависеть от того, из чего они состоят, поэтому стоит немного изучить тему, чтобы знать, что вы получаете.
Поликристаллические солнечные батареи (также называемые мульти-Si) по-прежнему полностью сделаны из кремния. Основное различие между ними и моно-Si ячейками заключается в размере и ориентации кристаллов. Вместо полностью однородной структуры, поликристаллические элементы, как следует из их названия, состоят из множества более мелких кристаллов в разных ориентациях.
( Поликристаллический кремний )
Изготовление поликристаллических элементов является менее дорогостоящим процессом с меньшим количеством отходов, поэтому солнечные панели, в которых используются поли-Si элементы, как правило, более доступны. По этим причинам панели с поликристаллическим кремнием составляют чуть более половины мирового рынка солнечных элементов.
Читайте также: Чистка вентиляции: прочистка шахты в многоквартирном доме
На самом деле, вы, вероятно, в конечном итоге получите какую-то кремниевую панель, потому что экономика в настоящее время имеет больше смысла. Несмотря на то, что тонкопленочные панели дешевле, их низкая эффективность означает, что вам их потребуется больше, чем кремниевых панелей, для получения такого же количества энергии.
Плюсы и минусы
Солнечные батареи на основе кремния
Монокристаллические кремниевые солнечные панели (также называемые моно-Si) изготовлены из самой чистой формы кристаллического кремния. Чистый в данном конкретном случае относится к структуре кристаллов, а не к количеству примесей. Фактически, примеси вводятся специально. Это называется «легирование» кремния.
В монокристаллической ячейке кристалл настолько плотно упакован и однороден, насколько это возможно. Это означает, что в целом имеется место для большего количества атомов кремния, которые способствуют повышению эффективности солнечного элемента по площади, поскольку в элементе больше частиц, реагирующих на солнечный свет.
Монокристаллические кремниевые солнечные элементы в настоящее время занимают около 30% мирового рынка.
К сожалению, процесс изготовления монокристаллических ячеек дорог и сложен, а также приводит к значительному количеству отработанного кремния. Элементы изготавливаются в виде больших цилиндров, края которых нужно обрезать, чтобы сделать их квадратными, прежде чем они будут разрезаны на тонкие пластины для использования в солнечных панелях.
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).
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».
В таблице 1 приведены основные различия между моно и поли солнечными элементами.
Таблица 1
| Показатель | Моно элементы | Поли элементы |
| Кристаллическая структура | Зерна кристалла параллельныКристаллы ориентированы в одну сторону | Зерна кристалла не параллельныКристаллы 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 |
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.
Списки лучших
В наш сегодняшний рейтинг войдут:
- E-Power 25Вт;
- SilaSolar 30Вт;
- E-Power 50Вт;
- TopRaySolar 65П;
- ТСМ-95 А;
- ФСМ-160П;
- Seraphim SRP-270-6PB.
Рассмотрим их подробнее.
E-Power 25Вт
В гибкой солнечной панели E-Power 25Вт используются фотоэлементы SolarCity, что делает ее на 20% эффективней, чем обычные солнечные панели с использованием китайских фотоэлементов и значительно дешевле чем солнечные батареи на основе фотоэлементов SunPower, благодаря чему мы получаем ту же мощность при меньшем размере и цене. В качестве основы используется не алюминий а TPT, что делает ее более гибкой и легкой (1,4 кг на 100 Вт) по сравнению с аналогами.
| Тип | пленка/монокристалл |
| Мощность | 25 Вт |
| Ток | 18В 1.4А |
| КПД | 20.5% |
| Размер | 560х277х3 мм |
- Цена: от 2 500 до 2 890 рублей.
- солнечные батареи E-Power 25Вт
SilaSolar 30Вт
Монокристаллическая солнечная батарея SilaSolar 30Вт произведенная по технологии 4BB (4 bus bar) используется для небольших электростанций автономного или резервного электроснабжения и для систем автономного освещения. Для полного комплекта необходимо использовать аккумуляторы, инвертор, контроллер заряда и дополнительное оборудование для монтажа.
| Тип | монокристалл |
| Мощность | 30 Вт |
| Ток | 18В 1.67А |
| КПД | 17.12% |
| Размер | 540х440х25 мм |
Обойдется от 2 100 до 2 450 рублей.
солнечные батареи SilaSolar 30Вт
E-Power 50Вт
Гибкие солнечные панели E-Power идеально подходят для установки и использования на катерах, яхтах и автомобилях.
Благодаря гибкому материалу, пленка может быть установлена даже на неровной поверхности. Для ее крепления не требуется сверление отверстий.
Цена: от 4 099 до 4 500 рублей.
солнечные батареи E-Power 50Вт
TopRaySolar 65П
Солнечная система 65П TopRaySolar (TPS107S) изготовлена из высокоэффективных поликристаллических солнечных элементов первой категории качества, что гарантирует повышенную производительность и надежность модуля.
В процессе производства используются только высококачественные и сертифицированные компоненты производителей с мировым именем и многолетним опытом работы в области солнечной энергетики. Солнечный модуль изготавливается из 72 поликристаллических солнечных элементов размером 125х31,2 мм.
| КПД | 19% |
| Тип | поликристалл |
| Ток | 12В 3.2А |
| Мощность | 65 Вт |
| Размер | 661х628х25 мм |
Стоимость: от 3 800 до 4 370 рублей.
солнечные батареи TopRaySolar 65П
ТСМ-95 А
Кремниевый монокристаллический модуль под стеклом в алюминиевой рамке. На обратной стороне находится клеммная коробка.
Модуль односторонний, в нем применено специальное текстурированное стекло, в котором потери световой энергии минимизированы. Это позволило получить примерно на 15% больше мощности с единицы площади модуля.
| Тип | монокристалл |
| Размер | 1183х563х43 мм |
| Ток | 18В 5.28А |
| Мощность | 95 Вт |
| КПД | 18.7% |
Обойдется от 11 000 до 12 700 рублей.
солнечные батареи ТСМ-95 А
ФСМ-160П
Использование новейших контактных коробок с диодами минимизирует потери мощности при затемнении, обеспечивает стабильную работу и длительный срок эксплуатации. Класс защиты IP 65.
Высококачественный анодированный алюминиевый профиль с дренажными отверстиями и жесткой конструкцией, которая предотвращает деформацию модуля в экстремальных погодных условиях. Солнечные модули серии ФСМ сертифицированы по ГОСТ Р МЭК 60065-2005.
| Мощность | 160 Вт |
| КПД | 17.5% |
| Ток | 18.8В 8.51А |
| Тип | поликристалл |
| Размер | 1482x674x35 мм |
Цена: от 7 350 до 8 500 рублей.
солнечные батареи ФСМ-160П
Высокая эффективность и производительность каждого элемента; безбликовое закаленное стекло с повышенной светопроницаемостью и низким содержанием железа; высокая надёжность и сильное механическое сопротивление; стандартная водонепроницаемая распределительная коробка с 6 обходными диодами; высокая устойчивость к различным жестким климатическим условиям.
| Тип | поликристалл |
| Мощность | 270 Вт |
| Ток | 31В 8.6А |
| КПД | 19.6% |
| Размер | 1640х992х35 мм |
Придется раскошелиться от 10 770 до 12 000 рублей.
солнечные батареи Seraphim SRP-270-6PB
Предлагаем ознакомиться с еще несколькими моделями, представленными в данных категориях:
- Портативные – Goal Zero Nomad 7 Plus;
- Российского производства – ТСМ-50;
- Китайского производства – Yingli Solar 100.
Рассмотрим их поближе.
Новинка от компании Goal Zero – портативная солнечная панель Nomad 7 Plus. Благодаря прочному погодозащищенному корпусу, малому весу и габаритам, а также высокой эффективности Nomad 7 Plus станет незаменимым спутником в ваших путешествиях.
| Тип | поликристалл |
| Мощность | 7 Вт |
| Размер | 240х330х20 мм |
Цена: от 7 000 до 8 000 рублей.
солнечные батареи Goal Zero Nomad 7 Plus
Российская компания «Телеком-СТВ» (г. Зеленоград) производит продукцию в среднем на 30 % дешевле, чем немецкие аналоги: цены начинаются от 5 600 руб. за панели на 100 Вт. Панели данного производителя имеют КПД до 20–21 %. Основной «фишкой» данного предприятия стала запатентованная технология изготовления кремниевых пластин диаметром до 15 мм и солнечных модулей на их основе.
| Тип | монокристалл |
| Мощность | 50 Вт |
| Размер | 870х433х27 мм |
Обойдется от 3 250 до 4 000 рублей.
солнечные батареи ТСМ-50
Китайский завод с объемом производства 800 МВт в год. Его продукцию импортируют в страны СНГ, перемаркированными под других производителей. Качественные, недорогие и популярные панели.
| Тип | поликристалл |
| Мощность | 100 Вт |
| Размер | 970х620х32 мм |
Стоимость: от 5 200 до 6 000 рублей.
солнечные батареи Yingli Solar 100
Сравнительная таблица представленных моделей
| Модель | Тип | Мощность, Вт | Ток, В/А | КПД, % | Размер, мм |
| E-Power 25Вт | пленка/монокристалл | 25 | 18/1.4 | 20.5 | 560х277х3 |
| SilaSolar 30Вт | монокристалл | 30 | 18/1.67 | 17.12 | 540х440х25 |
| E-Power 50Вт | пленка/монокристалл | 50 | 17.6/2.8 | 21.5 | 545х535х3 |
| TopRaySolar 65П | поликристалл | 65 | 12/3.2 | 19 | 661х628х25 |
| TCM-95A | монокристалл | 95 |
Виды солнечных батарей: сравнение и их отличия
Сейчас доступен такой вид альтернативной энергии, как солнечная. При помощи размещения специальных солнечных батарей можно получать электричество, которое полностью сможет покрыть все ваши энергозатраты.
Но здесь одной батареи будет недостаточно, понадобится целая система. Количество панелей зависит от их мощности, типа и потребляемого количества энергии.
Перед тем как обзавестись собственной солнечной электростанцией, ознакомьтесь с видами солнечных батарей и выберите для себя оптимальный.
Что такое солнечная батарея
Главная задача солнечной батареи – это преобразовать солнечный свет в электроэнергию.
То есть за счет установки нескольких конструкций можно обеспечить дом током, не прибегая к использованию общей электросети.
Солнечные панели являются экологически чистым способом преобразования света в ток, при этом они выдают самый высокий показатель эффективности в отличие от других альтернативных источников энергии.
Солнечные батареи – это специальные модули с фотоэлементами, которые могут захватывать солнечную радиацию и при помощи полупроводниковых устройств на выходе давать электроэнергию с напряжением 220В.
Панель представлена в виде прямоугольника. Размер панели схож с шифером. Это самый распространенный тип. На ней размещено 36 элементов, которые покрыты фотопленкой или стеклом.
При помощи соединения и специальных туннелей свободные электроны, которые образуются под действием солнечного света, передвигаются и накапливаются в виде постоянного тока в аккумуляторе.
Когда там собирается необходимое количество тока, он при помощи инвертора перерабатывается на переменный с нужным напряжением 220В. Но, чтобы обеспечить дом электроэнергией полностью или частично, понадобится несколько таких солнечных панелей.
Виды кремниевых батарей
Наиболее популярными являются кремниевые батареи. Они отличаются долговечностью и качественной работой. Их различают два вида: монокристаллические и поликристаллические.
Монокристаллические
Такой вид батарей относится к самым дорогостоящим, потому что они изготавливаются из высококачественных материалов при соблюдении сложного технологического процесса.
Главным материалом служит слой из специально выращенных кристаллов кремния. Готовые панели представляют собой бруски с кремниевой решеткой темно-синего цвета с закругленными краями.
В процессе производства модуль разрезают на более тонкие пластины.
В результате использования качественного сырья и сложного процесса производства кремниевые монокристаллические панели достигают наивысших показателей производительности (КПД до 25%), а также отличаются длительным сроком эксплуатации с минимальным процентом деградации (около 5% за 25 лет). Высокий показатель эффективности достигается за счет использования всей поверхности модуля, даже захватывая рассеянный солнечный свет.
Несмотря на дороговизну монокристаллических конструкций, они быстрее себя окупают. Кроме того, из-за высокой мощности и производительности их можно использовать в меньшем количестве, тем самым экономя на площади. Однако нужно постоянно за ними ухаживать, так как малейшее загрязнение или затемнение приводит к существенному снижению выработки.
Поликристаллические
В производстве поликристаллических модулей участвует несколько кристаллов. По своим качествам они уступают монокристаллическим.
Во-первых, это связано с использованием низкокачественного кремния, а во-вторых, с более простым процессом производства.
В их основу заложен материал, который получен при переработке непригодных монокристаллических батарей и залит в формы, поэтому батареи имеют неоднородный цвет синего оттенка.
В результате использования более дешевого сырья цена на поликристаллическую батарею ниже на 15-20%, но это сказывается и на общей эффективности. КПД поликристаллических модулей при соблюдении правил эксплуатации не превышает 18%.
Солнечные панели из поликристаллов довольно тонкие, но ввиду меньшей производительности их потребуется больше, чтобы обеспечить себя необходимым количеством энергии. Но, несмотря на существенные минусы, поликристаллические солнечные батареи пользуются большой популярностью.
Это связано с тем, что они менее прихотливы к захватыванию солнечного света и работают с большей отдачей в пасмурную погоду. Кроме того, с каждым годом инженеры работают над повышением величины КПД поликристаллических модулей, что в скором времени приблизит их к показателю 20-22%.
Виды пленочных батарей
Теперь рассмотрим виды солнечных батарей пленочного типа. Пленочная панель достаточно недавно появилась в сфере получения альтернативной солнечной энергии. На сегодняшний день они не пользуются большой популярностью, в том числе и из-за высокой стоимости, но имеют свои преимущества. Они бывают нескольких типов. Рассмотрим каждый из них: на основе теллурида кадмия и на основе Cigs.
На основе теллурида кадмия
Первый тип пленочной солнечной панели произведен на основе теллурида кадмия. Данное решение оправдано высоким уровнем поглощения кадмием солнечного света.
Еще несколько десятков лет назад кадмий активно применялся в космосе, но никак не для домашнего использования, потому что он обладает высокой степенью ядовитости.
Но при пользовании солнечными панелями он не составляет угрозы для человеческого здоровья. Все испарения, полученные при его активации солнечной радиацией, уходят в атмосферу.
Эффективность работы солнечных батарей на основе кадмия предельно мала, всего 10%. Поэтому ввиду их высокой стоимости, использования вредных материалов и низкой выработки они не пользуются широким спросом.
Вторым представителем пленочных солнечных батарей выступают панели на основе использования CIGS. Это полупроводник, который состоит из таких элементов как галлий, медь, индий и селен.
Они имеют схожую структуру с кадмиевыми панелями, гибкие и отличаются широким способом применения.
Солнечная панель на основе полупроводника CIGS используется в космических спутниках, при производстве жидкокристаллических мониторов или в качестве портативных туристических приспособлений для получения энергии.
Пленочная панель на основе галлия – это новое направление в сфере источников питания.
В отличие от кадмиевых батарей эффективность их работы достаточно высока, от 15 до 20%, поэтому они составляют прямую конкуренцию монокристаллическим батареям.
Если научно-исследовательским центрам удастся снизить себестоимость производства таких панелей, то они смогут стать лидерами на рынке данной продукции.
Амфорные батареи
Еще одним типом солнечных батарей являются амфорные модули. Такая солнечная батарея производится из амфорного кремния и отличается от стандартных кремниевых батарей способом изготовления.
Здесь используется не чистое сырье, а его гибрид, а если быть точнее, то горячие пары, которые осаждают подложку. Принцип напоминает больше производство пленочных батарей.
Результатом подобной работы становятся готовые солнечные панели, однако при этом не нужно выращивать кристаллы, что резко сокращает и время, и затраты на производство. Основным материалом выступает силан.
Сегодня на рынке солнечных панелей амфорные модули представлены тремя поколениями. Основная разница между панелями заключается в эффективности их работы.
Если первый вариант солнечной панели был выпущен с заявленными характеристиками КПД максимум 5%, второе поколение достигло 9%, то на сегодняшний день их показатель уже равняется 12%.
Они не такие распространенные, так как остаются в цене предельно дорогими, но при этом уступают в производительности кремниевым солнечным панелям.
Особым достижением работы амфорной солнечной батареи считается ее возможность работать с заявленным процентом КПД даже при сильно высокой температуре и нагревании поверхности, что другим батареям не свойственно.
Особые характеристики амфорных батарей:
- Возможность применять гибкую панель на любых участках, строениях или архитектурных объектах.
- Стабильная работа при критически высоких показателях температуры.
- Долгий срок службы – до 25 лет.
- Невысокий процент КПД.
- Лучшая производительность наравне с другими панелями при рассеянном солнечном свете.
Если обратиться к практике, то батарея из амфорного кремния активно используется в качестве тонких пленочных модулей. Это связано с особенностью производственного процесса, где в результате получается панель на гибкой, а не на твердой подложке.
Как бы ни казалось странным, амфорные батареи стоят дороже, особенно за счет своей эластичной структуры.
Наибольший спрос на них в северных районах, так как благодаря физико-химическому составу модулей им свойственно поглощать солнечную энергию даже при слабом рассеянном свете.
После описания всех видов солнечных панелей остается только сделать вывод, какие модули лучше всего выполняют функцию выработки электроэнергии. Дать однозначный ответ нельзя, потому что необходимо отталкиваться от финансовых возможностей и от желаемой мощности солнечной батареи.
Первое место специалисты отдают монокристаллическим панелям ввиду их высокой эффективности и долгого срока службы, однако данный показатель не всегда является значимым. Здесь важно оценить все технические характеристики работы панелей в комплексе, а также сопоставить их стоимость.
Выбор аккумуляторов для солнечных батарей
В отличие от кислотных, щелочные аккумуляторы отлично справляются с глубоким разрядом и способны длительное время отдавать токи примерно на 1/10 емкости батареи. Более того, щелочные батареи настоятельно рекомендуется разряжать полностью, чтобы не возникал так называемый «эффект памяти», который снижает емкость АБ на величину «невыбранного» заряда.
В сравнении с кислотными, щелочные батареи имеют значительный — 20 лет и более — срок службы, выдают стабильное напряжение в процессе разряда, также бывают обслуживаемыми (заливными) и необслуживаемыми (герметизированными) и, кажется, просто созданы для солнечной энергетики.
На самом деле нет, потому что не способны заряжаться слабыми токами, которые генерируют солнечные панели. Слабый ток свободно течет через щелочной аккумулятор, не наполняя батарею.
Поэтому увы, но удел щелочных батарей в автономных энергосистемах — служить «банкой» для дизель-генераторов, где этот тип накопителей просто незаменим.
Литий-ионные АКБ
Батареи такого типа имеют принципиально иную «химию», чем аккумуляторы для планшетов и ноутбуков, и используют литий-железно-фосфатную реакцию (LiFePo4).
Они очень быстро заряжаются, могут отдавать до 80% заряда, не теряют емкости из-за неполной зарядки или долгого хранения в разряженном состоянии. Батареи выдерживают 3000 циклов, имеют срок службы до 20 лет, производятся в том числе в России.
Самые дорогие из всех, но в сравнении с, например, кислотными, имеют вдвое большую емкость на единицу веса, то есть их понадобится вдвое меньше.
Основные технические характеристики АКБ
Характеристики и требования к аккумуляторам определяются исходя из особенностей работы самой солнечной электростанции.
Аккумуляторные батареи должны:
- быть рассчитаны на большое количество циклов заряда-разряда без существенной потери емкости;
- иметь низкий саморазряд;
- сохранять работоспособность при низких и высоких температурах.
Ключевыми характеристиками принято считать:
- емкость батареи;
- скорость полного заряда и допустимого разряда;
- условия и срок эксплуатации;
- весогабаритные показатели.
Как правильно рассчитать и выбрать АКБ
Расчеты строятся на простых формулах и допусках на потери, которые возникают в автономной системе энергоснабжения.
Минимальный запас энергии в аккумуляторах должен обеспечивать нагрузку в темное время суток. Если от заката до рассвета общее энергопотребление составляет 3 кВт/ч, то и банк аккумуляторов должен иметь такой запас.
Оптимальный запас энергии должен покрывать суточные потребности объекта. Если нагрузка составляет 10 кВт/ч, то банк с такой емкостью позволит без проблем «пересидеть» 1 пасмурный день, а в солнечную погоду не будет разряжаться более чем на 20−25%, что оптимально для кислотных аккумуляторов и не ведет к их деградации.
Здесь мы не рассматриваем мощность солнечных батарей и принимаем за факт, что они в состоянии обеспечить такой заряд аккумуляторам. То есть, строим расчеты на потребности объекта в энергии.
Запас энергии в 1 батарее емкостью 100Ач напряжением 12 В считается по формуле: емкость х напряжение, то есть, 100 х 12 = 1200 ватт или 1,2 кВт*ч. Следовательно, гипотетическому объекту с ночным потреблением 3 кВт/ч и суточным в 10 кВт/ч нужен минимальный банк из 3 аккумуляторов и оптимальный из 10. Но это в идеале, потому что нужно учесть допуски на потери и особенности оборудования.
Где теряется энергия:
50% — допустимый уровень разряда обычных кислотных батарей, поэтому если банк построен на них, то аккумуляторов должно быть вдвое больше, чем показывает простой математический расчет. Батареи, оптимизированные под глубокий разряд, можно «опустошать» на 70−80%, то есть емкость банка должна быть выше расчетной на 20−30%.
80% — средний КПД кислотной батареи, которая в силу особенностей отдает энергии на 20% меньше, чем запасает. КПД тем ниже, чем выше токи заряда и разряда.
Например, если к аккумулятору емкостью 200Ач через инвертор подключить электроутюг мощностью 2 кВт, то ток разряда составит около 250А, а КПД упадет до 40%.
Что опять приводит к необходимости двукратного запаса емкости банка, построенного на кислотных аккумуляторах.
80-90% — средний КПД инвертора, который преобразовывает постоянное напряжение в переменное 220 В для бытовой сети. С учетом потерь энергии даже в самых лучших батареях общие потери составят примерно 40%, то есть даже при использовании OPzS и тем более AGM-аккумуляторов запас емкости должен быть на 40% выше расчетного.
80% — эффективность работы ШИМ-контроллера заряда, то есть, солнечные батареи физически не смогут передать аккумуляторам более 80% энергии, выработанной в идеальный солнечный день и при максимальной паспортной мощности. Поэтому лучше использовать более дорогие MPPT- контроллеры, которые обеспечивают отдачу солнечных батарей почти до 100%, либо увеличивать банк аккумуляторов и, соответственно, площадь солнечных батарей еще на 20%.
Все эти факторы нужно учитывать в расчетах в зависимости от того, какие составные элементы используются в системе солнечной генерации.
Правила эксплуатации АКБ
Обслуживаемые аккумуляторные батареи при работе выделяют газы, поэтому ставить их в жилых помещениях запрещено и нужно оборудовать отдельную комнату с активной вентиляцией.
Уровень электролита и глубину заряда нужно постоянно контролировать во избежание выхода АКБ из строя.
При круглогодичной эксплуатации во избежание глубокого разряда аккумуляторов в пасмурные дни необходимо предусмотреть возможность их подзарядки от внешних источников — сети или генератора. Многие модели инверторов могут реализовать такое переключение в автоматическом режиме.
Краткий итог
Чтобы правильно рассчитать емкость банка аккумуляторов, нужно определить суточное потребление энергии, прибавить 40% неустранимых потерь в АКБ и инверторе и далее увеличивать расчетную мощность в зависимости от типа батарей и контроллера.
Если солнечная генерация будет использоваться и в зимнее время, то итоговую емкость банка нужно увеличить еще на 50% и предусмотреть возможность подзарядки батарей от сторонних источников — сети или генератора, то есть высокими токами. Это также повлияет на выбор батарей с определенными характеристиками.
Если вы затрудняетесь с самостоятельными расчетами или хотите убедиться в их правильности — обращайтесь к специалистам ООО «Энергетический центр» — это можно сделать через онлайн-чат на сайте «Со светом» либо позвонить по телефону. У нас огромный опыт по комплектации и установке систем солнечной генерации на различных объектах — от коттеджей и дачных домов до объектов производственного и сельскохозяйственного назначения.
Производители предлагают такой широкий ассортимент оборудования, что собрать солярную электростанцию по вашим требованиям и финансовым возможностям не составит труда.
