Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Монокристаллические солнечные панели

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.

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.

Сравнение между монокристаллическими и поликристаллическими моделями.

Наибольшую популярность завоевали монокристаллические и поликристаллические модели, которые по-прежнему остаются серьёзными конкурентами друг друга. В чём же заключаются важные отличия?

Монокристаллическая техника создаётся на основе кремния высокой чистоты. Данная технология создания оборудования всегда оказывается более трудоёмкой по сравнению с поликристаллической, но при этом гарантируется высокий уровень эффективности продукции и её оптимальная долговечность.

Для этого следует провести небольшое сравнение между тремя разновидностями солнечных панелей, которые создаются из аморфного кремния, по поликристаллическом и монокристаллической технологии.

Срок службы:

  • модели из аморфного кремния – около десяти лет;
  • поликристаллические разновидности – до трёх десятков лет;
  • монокристаллические модификации – до полувека.

КПД также существенно различается:

  • аморфный кремний – около десяти процентов;
  • поликристаллические – 15%;
  • монокристаллические – не более восемнадцати процентов.

На основе этого сравнения можно понять, какие современные солнечные батареи заслуживают наибольшего внимания. Однако на чём же остановить окончательный выбор: монокристаллические или поликристаллические. При этом между конкурентами отмечается серьёзное отличие: моно модели всегда занимают на 20% меньше площади, чем поликристаллическая продукция. Нужно отметить, что количество вырабатываемой электроэнергии всё же будет выше у моно батарей, так как они обладают максимально высоким КПД

Принимая во внимание такие факторы, появляется возможность понять, на каком варианте лучше всего остановить свой окончательный выбор

Особенности монокристаллической техники

Чем отличаются монокристаллические батареи от своих конкурентов? Для их создания традиционно используется монокристаллический кремний, обозначаемый как mono-Si

Принимая этот факт во внимание, можно понять, что дизайн оборудования в любом случае будет заключаться в однородном цветовом исполнении и одинаковой структуре, ведь исходный кристалл обладает только одним зерном. Модули всегда создаются из цилиндрических кремниевых слитков, обрезанных специальным образом для получения специального диска

Преимущества:

  1. Гарантируются идеальные характеристики оборудования, так как оно создаётся из высококачественного кремния. Производительность приборов составляет около 17 – 22%.
  2. Батареи выгодно отличаются компактными размерами. Для их установки требуется минимум места.
  3. КПД всегда оказывается самым эффективным. Максимальный объём вырабатываемой электроэнергии – это основное преимущество.
  4. Моно батареи могут успешно прослужить до 25 лет.

Важно понимать, что солнечная панель не может быть покрыта тенью, грязью, снегом, так как в противном случае мощность будет частично потеряна. Только успешное использование позволит полностью окупить финансовые вложения, несмотря на то, что рассматриваемые модули всегда стоят дороже остальных

Особенности поликристаллической техники

Батареи поликристаллического вида появились гораздо раньше, чем моно. Их появление относится к далёкому 1981 году. Модули создаются на основе сырого кремния, который заливается в квадратную форму. Затем каждая основа остужается и режется на пластины с идеальной квадратной формой.

Преимущества:

  1. Метод выпуска таких панелей зачастую оказывается самым простым и наименее затратным. К тому же исключается значительный расход кремния.
  2. Поликристаллические модели обладают меньшей стойкостью к внешним факторам и высоким температурам. При этом монокристаллические панели всегда проявляют оптимальную эффективность.

К настоящему времени монокристаллические панели всё-таки зарекомендовали себя с лучшей стороны, чем поликристаллические модули, поэтому лучше отдать предпочтение моно технике и гарантировать качественный уход за ней.

Создание фотоэлектрического элемента

Чтобы кремний мог вырабатывать энергию, в него добавляют бор (B) и фосфор (P). Благодаря этому слой фосфора получает свободные электроны (сторона n-типа), сторона бора – отсутствие электронов, т.е. дырки (сторона p-типа). По причине этого между фосфором и бором появляется p-n переход. Когда свет будет падать на ячейку, из атомной решетки будут выбиваться дырки и электроны, появившись на территории электрического поля, они разбегаются в сторону своего заряда. Если присоединить внешний проводник, они будут стараться компенсировать дырки на другой части пластинки, появится напряжение и ток. Именно для его выработки с обеих сторон пластины припаиваются проводники.

Обзор солнечных батарей для туристов

Так как альтернативные солнечные источники энергии с каждым годом становятся все более популярными, ассортимент этих изделий настолько широк, что понять, какие солнечные панели лучше брать для похода, без подсказок других людей попросту невозможно. Чтобы облегчить решение «головоломки», лучше привести примеры эффективного оборудования. Этот обзор солнечных батарей для туристов поможет будущим покупателям или сориентироваться, или найти «свою» модель.

Goal Zero Nomad 7

Это одна из самых популярных моделей на мировом рынке. Nomad 7 от Goal Zero оснащена монокристаллической панелью мощностью 7 Вт, она полностью герметична, потому не боится ни дождя, ни снега, ни падения в реку. Помимо порта USB (1 А, 5 В, 7 Вт) устройство имеет разъем для аккумуляторов (1,1 А, 6,5 В, 7 Вт) и коннектор, дающий возможность присоединить еще один подобный прибор. Батарея достаточно компактна даже в разложенном виде (38х229х432 мм), поэтому может использоваться в тесном пространстве.

Goal Zero Adventure Kit

Складная модель от того же производителя подходит для зарядки всех существующих гаджетов. В устройстве есть несколько выходов: USB, на 5 и 12 В. Мощность накопителя составляет 7 Вт, а рабочее напряжение 12 В, сила тока на USB-разъеме — 600-700 мА. В нижней части прибора находится индикаторный фонарик, который способен работать без зарядки 20 часов. Размеры устройства в закрытом состоянии — 25х150х230 мм, его вес — 362 г. Весь комплект заряжается на протяжении 4-5 часов.

SOLAR

Это многофункциональное мобильное устройство произведено в Китае, его можно использовать в любых неблагоприятных условиях: при температуре от -40° до +50°. Данный аппарат имеет серьезную мощность (около 10 Вт), ток зарядки составляет 800 мА. Размеры прибора — 4,5х224х450 мм, масса — 1 кг. Эта солнечная батарея универсальна, она подходит для зарядки любой техники: мобильных телефонов, портативных компьютеров и т. д. Минусы — высокая цена, вес, отсутствие дополнительного адаптера.

SCN-4/6

Еще один «поднебесный» представитель — аморфное кремниевое устройство от компании Sun-Charge. Его особенность — небольшой аккумулятор. Прибор имеет мощность 3,9 Вт, приемлемый вес (290 г) и очень эффектный дизайн. Размеры батареи — 10х195х200 мм. Недостаток — отсутствие надежной защиты от механических воздействий, поэтому эта солнечная батарея требует аккуратного обращения.

SOLARMONKEY ADVENTURER

Данный компактный прибор выпускается фирмой PowerTraveller. Устройство также используют для зарядки гаджетов через порт USB, есть переходник для Apple: модель имеет буферный аккумулятор, емкость которого составляет 2500 мА·ч, который полностью заряжается за 9 часов. В конструкции используются полисиликоновые элементы, их КПД составляет 17%. Габариты этой солнечной батареи — 22,75х96х170 мм, вес устройства — 265 г.

AcmePower AP-MF1918

Это еще один универсальный аккумулятор, идеальный для зарядки любой электроники — телефонов, плееров, навигаторов и т. д. Модель может выступать в роли осветительного прибора. Емкость аккумулятора составляет 1000 мА·ч, зарядный ток — 800 мА, рабочее напряжение — 5-6 В. Для полной зарядки солнечной батареи потребуется около 10 часов. Устройство имеет защиту от КЗ. Его вес 77 г, размеры — 16х57х123 мм. В комплект входит 5 переходников.

СЗУ2-БСА-7.5

Это российская модель, которая заслуженно завоевала место в этом списке. Такое зарядное универсальное устройство способно заряжать как портативное, мобильное оборудование, так и свинцовые аккумуляторы. Складная конструкция имеет завидную мощность (14Вт) и довольно большой вес — 1,1 кг, может работать при разных температурах: от -30 до +40°. Ее размеры в разложенном состоянии — 3х230х1640 мм.

Fuse

Эта солнечная батарея от компании Voltaic Systems предназначается для фиксации на рюкзаке. Время зарядки от солнечных лучей составляет 7 часов, 5,5 часа — от других источников (внешний аккумулятор, сеть). Сила тока — 1А, напряжение — 5,5 В, мощность 6 Вт, вес — 600 г. Батарея довольно компактна: ее размеры — 20х210х280 мм.

Металлургический кремний глубокой очистки

Кремний модернизированного металлургического (UMG) (также известный как UMG-си) солнечная батарея производится как недорогостоящая альтернатива поликремнию, созданному процессом Siemens. UMG-си значительно уменьшает примеси во множестве путей, которые требуют меньшего количества оборудования и энергии, чем процесс Siemens. Это приблизительно на 99% чисто, который является тремя или больше порядками величины, менее чистыми и приблизительно в 10 раз менее дорогими, чем поликремний (1,70$ к 3,20$ за кг с 2005 до 2008 по сравнению с 40$ к 400$ за кг для поликремния). У этого есть потенциал, чтобы обеспечить nearly-good эффективность солнечной батареи в 1/5 капиталовложение, половина энергетических требований, и меньше чем $15/кг.

В 2008 несколько компаний рекламировали потенциал UMG-си в 2010, но кредитный кризис значительно понизил стоимость поликремния, и несколько производителей UMG-си приостанавливают планы. Процесс Siemens останется доминирующей формой производства в течение многих последующих лет из-за более эффективно осуществления процесса Siemens. ГТ Солэр утверждает, что новый процесс Siemens может произвести в $27/кг и может достигнуть $20/кг через 5 лет. GCL-Poly ожидает, что себестоимость составит $20/кг к концу 2011. Элкем Солэр оценивает, что их затраты UMG составляют $25/кг с мощностью 6 000 тонн к концу 2010. Кэлизолэр ожидает, что технология UMG произведет в $12/кг через 5 лет с бором в 0,3 частях на миллион и фосфором в 0,6 частях на миллион. В $50/кг и 7,5 г/Вт, изготовители модуля тратят $0.37/Вт для поликремния. Для сравнения, если изготовитель CdTe платит наличную цену за теллур ($420/кг в апреле 2010) и имеет толщину на 3 мкм, их стоимость была бы в 10 раз меньше, $0.037/ватта. В 0,1 г/Вт и $31/ozt для серебра, поликремниевые солнечные производители тратят $0.10/Вт на серебро.

Q-клетки, Солнечный канадец, и Calisolar использовали Timminco UMG. Timminco в состоянии произвести UMG-си с бором на 0,5 части на миллион за $21/кг, но был предъявлен иск акционерами, потому что они ожидали $10/кг. RSI и Доу, Обрабатывающий зерна, также были в тяжбе по технологии UMG-си.

20 Вт поликристаллическая солнечная панель

Цена: $ 59.54 + $3.13 доставка в РФ

Перейти в магазин

В обзоре немного теории, советы по установке, снятие основных характеристик при разных уровнях освещённости.

Если коротко: панель работает и выдаёт заявленную мощность.

Немного теории:

В настоящее время из всех типов солнечных батарей, наибольшее распространение получили солнечные панели: монокристаллические и поликристаллические, последние из которых часто также называют «мультикристаллическими солнечными панелями».

Материалом для изготовления монокристаллических солнечных панелей, является сверх чистый кремний, использующийся также для производства полупроводниковых приборов в радиоэлектронике, и хорошо освоенный современной промышленностью. Стержни кремниевого монокристалла, медленно растут» и вытягиваются из кремниевого расплава, а далее разрезаются на части, с их толщиной 0,2-0,4 мм и уже используются после их последующей обработки, для изготовления фотоэлектрических элементов, входящих в состав солнечных панелей.

Когда происходит медленное охлаждение кремниевого расплава, то из него получается поликристаллический кремний, использующийся для изготовления поликристаллических солнечных панелей. В этом случае операция вытягивания кристаллов кремния из расплава полностью опускается, а сам процесс менее трудоемок, нежели при изготовлении монокристаллического кремния, а соответственно и такие солнечные батареи дешевле.

Основные отличия «моно» и «поли» кристаллических типов солнечных батарей:

Эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. Монокристаллические панели при их серийном производстве – имеют эффективность максимум до 22%, а используемые в космических технологиях – даже до 38%. У серийно выпускаемых поликристаллических панелей – эффективность составляет по максимуму – 18%.

Внешний вид. У монокристаллических элементов солнечных панелей – углы скруглены. Округленность их форм связана здесь с тем, что монокристаллический кремний, при его производстве получают в цилиндрических заготовках. Поликристаллические элементы солнечных модулей имеют квадратную форму, поскольку их заготовки при производстве – также квадратной формы.

Цена. В пересчёте на единицу мощности, монокристаллические солнечные панели незначительно дороже (примерно на 10%), чем солнечные панели из поликристаллического кремния.

В итоге можно сказать, что выгоднее использовать поликристаллические солнечные модули – которые при той же мощности, будут немного больше по площади, нежели модули монокристаллические, но зато немного их дешевле.

Думаю теории достаточно, можно переходить к обзору.

Герой обзора:

Конструктивно сама панель вставлена в рамку из алюминиевого профиля и проклеена белым силиконовым герметиком. На тыльной стороне расположена монтажная коробка, в которой к панели припаян 3-х метровый кабель. Также в этой коробке установлен диод Шоттки. Он необходим при объединении нескольких панелей в батарею для предотвращения обратного тока при неравномерной засветке. На другом конце кабеля смонтированы зажимы типа «крокодил». Основные параметры панели находятся на наклейке чуть ниже монтажной коробки.

Распаковав панель я решил сразу проверить её, для чего подключил к «крокодилам» 12-ти вольтовое светодиодное кольцо. Оно засветилось. При чём даже в полумраке при задёрнутых занавесках и шторах (освещённость 42,5 люкса):

Установка (монтаж) солнечной панели:

При установке панелей, необходимо соблюдать угол наклона и азимут. Для жителей северного полушария оптимальный азимут — 180 градусов (строго на юг). Для южного полушария, естественно, наоборот. Долгота места установки не имеет значения. От широты зависит угол наклона, т.е. чем ближе к экватору, тем угол наклона меньше относительно горизонта, ну а чем ближе к полюсам, тем угол больше. Проще всего этот угол посчитать с помощью онлайн калькулятора. Для моего места жительства этот угол равен 44 градусам. Установить я решил обозреваемую панель на внешний блок кондиционера, смонтированный на юго-западной стене многоквартирного дома. Место, конечно, не идеальное, но лучшего я не нашёл.

Полимерные и органические аналоги

Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать только в последнем десятилетии, но исследователи уже добились значительных успехов.

Наибольший прогресс демонстрирует европейская компания Heliatek, которая уже оснастила органическими солнечными панелями несколько высотных зданий. Толщина её рулонной пленочной конструкции типа HeliaFilm составляет всего 1 мм. При производстве полимерных панелей используются такие вещества, как углеродные фуллерены, фталоцианин меди, полифенилен и другие. КПД таких фотоэлементов уже достигает 14-15%, а стоимость производства в разы меньше, чем кристаллических солнечных панелей.

Остро стоит вопрос срока деградации органического рабочего слоя. Пока что достоверно подтвердить уровень его КПД через несколько лет эксплуатации не представляется возможным. Преимуществами органических солнечных панелей являются: возможность экологически безопасной утилизации; дешевизна производства; гибкая конструкция.

К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно низкий КПД и отсутствие достоверной информации о сроках стабильной работы панелей. Возможно, что через 5-10 лет все минусы органических солнечных фотоэлементов исчезнут, и они станут серьезными конкурентами для кремниевых пластин.

Получение «солнечного» кремния

В качестве сырья используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO2). Он проходит многоступенчатую очистку, чтобы избавиться от кислорода. Происходит путем высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ.

Очищенный кремний представляет собой просто разрозненные куски. Для упорядочивания структуры и выращиваются кристаллы по методу Чохральского.

Происходит это так: куски кремния помещаются в тигель, где раскаляются и плавятся при t 1500 С. В расплав опускается затравка – так сказать, образец будущего кристалла. Атомы, располагаются в четкую структуру, нарастают на затравку слой за слоем. Процесс наращивания длительный, но в результате образуется большой, красивый, а главное однородный кристалл.

Бывают ли дешевые солнечные панели

Специалисты и ученые стремятся создать батареи , которые станут широко доступными для всего населения. Небольшими, но успешными шагами они приближаются к этой цели и при этом каждый раз совершенствуют материалы, которые используются в данной технологии. Конечно, существуют и такие производители, которые халатно относятся к товару, который предлагают покупателям и заведомо продают низкокачественную продукцию. Именно в этом заключается основная проблема, если вы вдруг захотели приобрести недорогую солнечную батарею.

Не только жители РФ, но и стран Европы убедились в том, что недорогие установки предлагают китайские производители. Можно заметить, что именно китайские производители заполонили рынок солнечных батарей, заставив при этом признать себя банкротами многие крупные компании, которые просто не выдержали конкуренции с китайцами.

Так, например вы должны знать, какие товары могут быть бюджетными, а какие нет. Дешевые монокристаллические панели найти вряд ли удастся, так как эти типы включают в себя самые мощные элементы

Поэтому очень важно знать какие характеристики включает в себя установка

С другой стороны существуют компании гиганты, которые благодаря субсидиям государства снижают стоимость на те солнечные батареи, которые они производят. К таким можно отнести крупные немецкие и конечно же российские производства. Если же вы решились на приобретение китайской продукции, то лучше отдать предпочтение какой-то известной фирме, которая уже оправдала свое имя на рынке.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации