Виды солнечных батарей, сравнение видов солнечных панелей

Солнечные батареи – альтернативный источник энергии

В последние годы активными темпами развивается альтернативная энергетика, уже успевшая доказать свою высокую эффективность. В европейских странах многие жилые и промышленные объекты подключены к солнечным батареям. Эти источники энергии совершенствуются с каждым годом и становятся все более энергоэффективными. Их КПД постепенно увеличивается, они становятся пригодными для использования в малосолнечных областях и в темное время. Изначально фотоэлементы разрабатывались для использования в военно-промышленной отрасли, но постоянно они начали применяться и в гражданской сфере.

Современные производители выпускают разные виды солнечных батарей. Чтобы не ошибиться с их выбором, необходимо знать, какие отличительные характеристики и преимущества имеются у каждого вида, так как в разных климатических зонах используются конструкции различного типа.

Принцип работы

Основным элементом большинства таких инновационных, экологически безопасных конструкций является фотоэлектрический преобразователь. Энергия в такой конструкции генерируется в точке полупроводникового p-n перехода.

Панель кремниевой солнечной батареи состоит из пары пластин, изготовленных из кремния и обладающих разными свойствами. В одной из этих пластин под влиянием солнечного света возникает избыток электронов, а в другой – их недостаток. У каждой из кремниевых пластин имеются токоотводящие медные полоски, присоединяемые к преобразователям напряжения.

Внутри промышленной солнечной панели имеется большое количество ламинированных фотоэлектрических ячеек, которые закреплены на жесткой либо гибкой подложке и соединены между собой в одной целое. Сверху солнечные батареи покрыты прочным ламинирующим веществом, защищающее их от повреждений под воздействием негативных внешних факторов.

КПД таких конструкций зависит от ориентации их кристаллов и чистоты кремния. Специалисты постоянно работают над улучшением этих характеристик, однако этот процесс продвигается недостаточно эффективно. Главную проблему составляет высокая стоимость тех работ, которые направлены на очищение кремния. Также сложно расположить кристаллы в одинаковом направлении на всей батареи.

Преимущества использования 

В настоящее время существует несколько типов солнечных батарей. Несмотря на это, можно выделить общие преимущества таких конструкций, которые состоят в следующем:

• возможность повсеместного внедрения;
• неисчерпаемый, альтернативный источник энергии;
• автономность;
• низкий риск повреждения конструкции и ее выхода из строя;
• возможность выполнить масштабирование энергетической системы в случае необходимости;
• продолжительный период эксплуатации;
• бесшумность;
• экологичность и т.д.

Солнце – огромный, естественный генератор энергии, который будет существовать еще миллионы лет. За использование его энергии не нужно платить ни копейки. Люди уже научились преобразовывать солнечную энергию в электрическую, однако еще не успели довести этот процесс до совершенства и сделать его высокоэффективным. Многие государства поощряют своих граждан за использование солнечной энергии и вкладывают большие средства в развитие данной технологии. Благодаря бесшумности солнечных батарей и отсутствию вредных выбросов во время их работы, такие конструкции можно размещать в непосредственной близости от жилых домов, офисных, производственных и любых других зданий. Еще одним немаловажным преимуществом таких конструкций является их долговечность в использовании, обеспечиваемая отсутствием в них движущихся и трущихся друг о друга элементов.

Основные разновидности

Все выпускаемые сегодня солнечные модули можно условно разделить на несколько основных типов. Все они имеют разные КПД, обладают собственными преимуществами и недостатками.

Кремниевые солнечные батареи

Устройства такого типа в настоящее время являются наиболее популярными. Кремний – недорогой, сравнительно легкодоступный материал, характеризующийся высоким показателем производительности. Солнечные батареи этой группы изготавливают из кремния, в том числе, аморфного, поли- и монокристаллов. Изначально преобразующим элементом служил селен, однако в 1954 году его заменили на более доступный по цене кремний, что привело к уменьшению расходов на изготовление панелей.

1. Монокристаллические батареи. Для изготовления таких конструкций используют очищенный кремний. Эти панели своим внешним видом напоминают пчелиные соты. Они состоят из отдельных ячеек, объединенных в единую структуру. После затвердевания, монокристалл разделяют на тончайшие пластины, толщина которых не превышает 300 мкм. Пластины соединяет тонкая электродная сетка. Монокристаллические солнечные батареи стоят дороже аморфных, поскольку при их изготовлении используется более сложная технология. КПД у монокристаллических батарей очень высок, он составляет порядка 22%, что является отличным показателем для солнечных панелей.
2. Поликристаллические батареи. Поликристаллы получают путем медленного охлаждения кремниевой субстанции. Данная технология обходится намного дешевле той, которая применяется при изготовлении поликристаллических моделей и требует меньшее количество энергии. КПД поликристаллических моделей ниже, чем монокристаллических – не более 18%. Коэффициент падает из-за образования внутри панелей поликристаллов, снижающих их эффективность.
3. Панели из аморфного кремния. Эти батареи могут быть отнесены и к кремниевым моделям, так как изготавливаются из кремния, и к пленочным, поскольку изготавливаются по аналогичному с ними принципу. В отличие от кремниевых моделей, в них используется силан (кермниеводород), а не кристаллы кремния. Силан наносят на имеющуюся внутри панели подложку. У таких солнечных батарей очень низкий КПД в сравнении с поли- и монокристаллическими моделями. Он составляет порядка 5%. Зато у них намного более высокий коэффициент поглощения, также они более эффективны в использовании в пасмурную погоду, при отсутствии прямых солнечных лучей, чем конструкции других типов. Встречаются также конструкции, в которых поли- и монокристаллические батареи сочетаются с аморфными. Они объединяют в себе преимущества солнечных панелей разных типов.

Есть подробная статья про выбор солнечных панелей на нашем блоге.

Пленочные солнечные панели

Эти батареи относятся к более новым разработкам. Их появление на рынке было продиктовано стремлением повысить энергоэффективность конструкций и сделать их более доступными по цене.

Пленочные модели могут выпускаться на основе кадмия или селенида меди-индия. Теллурид кадмия имеет высокий коэффициент светопоглощения. В настоящее время этот материал широко используется при изготовлении бытовых солнечных панелей, предназначенных для домашнего использования. Данный материал ядовит, однако проведенные исследования продемонстрировали, что выделения этого материала в атмосферу настолько малы, что не способны вреди здоровью людей и экологии. КПД таких батарей невысок – около десяти процентов. Однако, несмотря на этот, единица мощности при их использовании стоит дешевле, чем при применении аналогов других типов.

Солнечные батареи с основой из селенида меди-индия используют в качестве полупроводника селен, индий, медь. Вместо индия, который идет на производство ЖК мониторов, иногда используют галлий, обладающий схожими характеристиками. Такие батареи имеют более высокий КПД, чем модели, сделанные из теллурида кадмия. Он составляет порядка 20%.

Полимерные панели

Полимерные солнечные батареи были изобретены и начали использоваться относительно недавно. В качестве проводников в них используются такие материалы, как фталоцианин меди, фуреллены, полифенилен. Толщина пленки не превышает 100 нм.

Хотя КПД таких солнечных батарей очень низок (он составляет около 5%), они также пользуются высоким спросом. В числе преимуществ полимерных конструкций – низкая цена, доступность материалов, отсутствие вредных выбросов в атмосферу.

Выбирая подходящие солнечные батареи, учитывайте не только КПД конструкции, но и остальные ее качества, способные охарактеризовать батарею с хорошей или плохой стороны.