Пусть солнце наполнит энергией вашу жизнь!
"Ваш Солнечный Дом" - Ваше решение проблемы автономного энергоснабжения
Тел.: 499-7489064, 916-3850200, 495-9568850 д.200734
интернет-магазин | аккумуляторы | солнечные батареи | ветроустановки | солнечные коллекторы | системы
ГЛАВНАЯ -> Основы возобновляемой энергетики -> Фотоэлектричество
документы этого раздела
Фотоэлектричество
Иррадиация
Фотоэлектрический эффект
Солнечные элементы
Фотоэлектрические модули
Срок службы солнечных батарей
Фотоэлектрические системы
Контроллеры заряда
Ориентация и препятствия
Угол наклона
Инверторы
Полезные ссылки про СБ

This page in English | версия для печати

Солнечные элементы

Структура солнечного элемента из кремния

1. свет (фотоны)   2. лицевой контакт  3. отрицательный слой
4. переходной слой  5. положительный слой  6. задний контакт

Солнечные элементы (СЭ) изготавливаются из материалов, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Большая часть из коммерчески выпускаемых в настоящее время СЭ изготавливается из кремния (химический символ Si). Кремний это полупроводник. Он широко распространен на земле в виде песка, который является диоксидом кремния (SiO2), также известного под именем "кварцит". Другая область применения кремния - электроника, где кремний используется для производства полупроводниковых приборов и микросхем.

Структура солнечного элемента

Прежде всего , в СЭ имеется задний контакт и 2 слоя кремния разной проводимости. Сверху имеется сетка из металлических контактов и антибликовое просветляющее покрытие, которое дает СЭ характерный синий оттенок.

Типы солнечных элементов


Монокристаллические, поликристаллические и аморфные солнечные элементы
Монокристаллические, поликристаллические и аморфные солнечные элементы
Типичные размеры солнечных элементов и их электрические параметры
Типичные размеры солнечных элементов и их электрические параметры

Максимальный КПД солнечных элементов, полученный в ведущих лабораториях мира

СЭ может быть следующих типов: монокристаллический, поликристаллический и аморфный (тонкопленочный). Различие между этими формами в том, как организованы атомы кремния в кристалле. Различные СЭ имеют разный КПД преобразования энергии света. Моно- и поликристаллические элементы имеют почти одинаковый КПД, который выше, чем у солнечных элементов, изготовленных из аморфного кремния.

В последние годы разработаны новые типы материалов для СЭ. Например, тонкопленочные фотоэлектрические элементы из медь-индий-диселенида и из CdTe (теллурид кадмия). Эти СЭ в последнее время также коммерчески используются. Технологии их производства постоянно развиваются, за последнее десятилетие КПД тонкопленочных элементов вырос примерно в 2 раза.

Последние технологии используют гибридные методы. Так появились элементы, которые имеют как кристаллический переход, так и тонкий полупрозрачный аморфный переход, расположенный над кристаллическим. Так как кристаллы и аморфный кремний наиболее эффективно преобразуют только часть спектра света, и эти спектры немного отличаются, применение таких гибридных элементов позволяет повысить общий КПД солнечного элемента.

Ниже приведен график изменения КПД солнечных элементов за последние десятилетия. Как видим, в лабораториях уже получены результаты, приближающиеся к 45%. Конечно, до массового коммерческого использования такие технологии дойдут еще не скоро, но работа по удешевлению изготовления солнечных элементов постоянно ведется во всем мире. Как видно, максимальный КПД получают на многопереходных элементах и концентрированном освещении.

КПД серийно выпускаемых солнечных элементов:
монокристаллические:15-22 %
поликристаллические:12-17 %
аморфные:6-10 %
теллурид кадмия:8-12 %

Пиковый ватт

Солнечный элемент производит электричество когда освещается светом. В зависимости от интенсивности света (измеряемой в Вт/м2), солнечный элемент производит больше или меньше электричества: яркий солнечный свет более предпочтителен, чем тень, и тень более предпочтительна, чем электрический свет. Для сравнения СЭ и модулей необходимо знать так называемую номинальную мощность элемента или модуля. Номинальная мощность, выращенная в ваттах пиковой мощности Wp, это мера того, сколько электроэнергии может произвести фотоэлектрический модули при оптимальных условиях.

Для определения и сравнения номинальной мощности солнечных панелей, выходная мощность измеряется при стандартных тестовых условиях (СТУ). Эти условия предполагают:
- освещенность 1000 Вт/м2
- солнечный спектр AM 1.5 (он определяет тип и цвет света)
- температура элемента 25 °C (это важно, так как эффективность СЭ падает при повышении его температуры).

Так как в реальных условиях работы такие параметры практически недостижимы, в последнее время все больше производителей указывают параметры модуля в так называемых "нормальных условиях" (NOCT), т.е. при температуре модуля 40-45 градусов и освещенности 800 Вт/м2. Тем не менее, NOCT также не отражает реальную мощность модуля, так как во время работы солнечной батареи освещенность может быть даже выше 1000 Вт/м2, а температура существенно ниже 45С.

Ни NOCT, ни тем более STC мощности не позволяют определить, сколько именно энергии будет вырабатывать солнечная панель в реальных условиях. Для того, чтобы иметь более точное представление о производительности солнечного модуля, в мире делаются попытки ввести новые, дополнительные, показатели эффективности солнечных панелей. Одним из таких дополнительных параметров является PTC, с помощью которого можно более реально определить, сколько энергии можно ожидать от того или иного модуля. На настоящий момент PTC, наряду с NOCT, являются показателями, по которым можно проводить сравнение различных фотоэлектрических модулей. Подробнее о PTC...

Пример:

Кристаллический кремниевый СЭ с размерами 10 x 10 см имеет пиковую мощность примерно 1,5 Wp. Большинство панелей с площадью 1 квадратный метр имеют номинальную мощность около 100 Втпик (уточнение: если они сделаны из кристаллических кремниевых элементов).


Сравнение тонкопленочных и кристаллических фотоэлектрических модулей

Ниже приведены основные особенности и отличия в применении тонкопленочных и кристаллических фотоэлектрических модулей.

Тонкопленочные модули в общем случае дешевле кристаллических за счет меньшего расхода кремния и более простой технологии изготовления. Однако разница в цене не очень большая, так как в последние годы цена на кристаллические солнечные модули сильно снизилась. Эффективность обеих технологий быстро растет, а различие в цене уменьшается.

Для конечных потребителей и установщиков важно рассмотреть некоторые важные особенности, которые имеют место при проектировании солнечной электростанции на основе различных типов солнечных элементов. На основе этой информации проектировщик может решить, какую технологию солнечных элементов - тонкопленочную или кристаллическую - лучше использовать в конкретном проекте.

В таблице ниже приведено очень короткое сравнение этих двух технологий. При выборе модулей для конкретного проекта необходимо также учитывать много других моментов.

ТехнологияКристаллический кремнийТонкопленочные модули
Разновидности технологииМонокристаллический кремний (c-Si)
Поликристаллический кремний(pc-Si/ mc-Si)
String Ribbon
Аморфный кремний (a-Si)
Теллурид кадмия (CdTe)
Copper Indium Gallium Selenide (CIG/ CIGS)
Органические фотоэлементы (OPV/ DSC/ DYSC)
Отношение напряжения в рабочей точке к напряжению холостого хода (Vmp/ Voc)
(выше - лучше, т.к. меньше разница между Voc и Vmp)
80%-85%72%-78%
Температурные коэффициенты (низкий температурный коэффициент лучше при работе при высоких температурах окружающей среды)выше (-0,4-0,5%/градус) ниже (-0,1-0,2%/градус)
Заполнение вольт-амперной характеристики
(идеальный элемент имеет 100% заполнение)
73%-82%60%-68%
Конструкция модуляв раме из анодированного алюминиябез рамы, между 2 стеклами - цена ниже, вес больше
на гибком основании - легче, дешевле
КПД модуля13%-19%4%- 12%
Совместимость с инверторамиЧем меньше температурный коэффициент, тем лучше. Можно использовать бестрансформаторные инверторыПроектировщик должен учитывать такие факторы, как температурный коэффициент, отношение Voc/Vmp, сопротивление изоляции и т.п. Обычно для тонкопленочных модулей требуется инвертор с гальванической развязкой
Монтажные конструкцииТиповыеТиповые, но может потребоваться специальные зажимы или крепеж. Во многих случаях стоимость установки намного меньше
Соединения постоянного токаТиповыеТиповые, иногда может потребоваться больше разветвителей и предохранителей
Типовое применениеЖилые дома/Коммерческие объекты/Генерация в сетьЖилые дома/Коммерческие объекты/Генерация в сеть
Требуемая площадьоколо 150 Вт/м2может потребоваться до 50% больше площади для той же мощности СБ

Источник: CIVICSolar

Различия между моно и поликристаллическими солнечными элементами

Часто спрашивают: какие солнечные модули лучше - монокристаллические или поликристаллические?

Основные отличия модулей

Параметр Монокристаллические солнечные элементы Поликристаллические солнечные элементы
Кристаллическая структура Все кристаллы ориентированы в одном направлении, зерна кристаллов параллельны Кристаллы ориентированы в разных направлениях, зерна кристаллов не параллельны
Технология производства Монокристаллические цилиндры кремния нарезаются на пластины, затем пластины обрезаются до почти квадратной формы Поликристаллические заготовки прямоугольной формы режутся на пластины.
Температуры изготовления 1400°C 800~1000°C
Форма Прямоугольная, с обрезанными углами (квазипрямоугольные) Прямоугольные или квадратные, различной формы
Толщина <=300μm 300~500μm
Цвет1 Черный Темно-синий
КПД 15%~23% 12%~17%
Стабильность параметров Высокая стабильность Высокая стабильность, но ниже, чем у монокристаллических элементов
Цена2 Относительно высокая Относительно высокая, но ниже, чем у монокристаллических элементов
Окупаемость по энергии 2 года 2~3 года

Примечания:
1Просветляющее и антиотражающее покрытие наносится на элементы, и монокристаллические элементы в солнечных панелях могут иметь темно-синий цвет. Поликристаллические элементы могут иметь разные оттенки синего цвета
2Цена в последние годы существенно снижена, поэтому различия в цене кристаллических и тонкопленочных элементов минимальны.

Так какой из типов кристаллов работает лучше? Однозначного ответа на этот вопрос нет. В общем случае, с помощью монокристаллических модулей можно получить больше энергии с единицы площади за счет более высокого КПД этих элементов. Но если сравнивать модули с одинаковой мощностью (а именно так обычно и сравнивают модули, т.к. платят за ватты, а не за площадь модулей), то однозначного ответа нет. Очень многое зависит от производителя солнечных элементов - чем качественнее солнечный элемент, тем он лучше будет работать и больше вырабатывать энергии. Выбор известного и проверенного производителя элементов подчас важнее выбора производителей (сборщиков) панелей.

Существует мнение, что поликристаллические модули лучше работают при низкой освещенности, даже проводятся сравнительные тесты, которые якобы подтверждают это. Однако, все эти сравнения - частные случаи, когда сравниваются конкретные модули конкретных производителей. При этом результат при сравнении других модулей может быть прямо противоположным. Нет однозначной зависимости выработки модуля от типа его кристалла. Для того, чтобы получить максимум энергии от солнечной панели, нужно выбирать панель с качественными элементами от проверенных производителей, а не тип кристалла.

В настоящее время стоимость поликристаллических модулей примерно на 15-20% ниже, чем стоимость монокристаллических. Даже несмотря на то, что монокристаллы более стабильны на протяжении срока службы модуля, более низкая стоимость поликристалла может стать определяющим фактором при принятии решения о покупке солнечной панели.

Использовалась информация с сайта www.solarfreaks.com и других, дополненная специалистами "Вашего Солнечного Дома"

Перейти к покупке солнечных панелей

За последние 30 минут сайт посетило 86 чел.

Наши координаты:
Москва, 10-я Парковая, 18.
Тел.: +7 (499) 7489064, (499) 7489072, (495) 9568850 доб.200734, email:

При копирования ссылка на источник обязательна. Читайте Правила копирования информации
По всем вопросам работы сайта обращайтесь:

:: меню

:: Поиск по сайту


на сайте 

:: Социальные сети

      Мы ВКонтакте Мы в facebook Андрей 379315905

:: баннеры


Текущие посетители
Яндекс цитирования
 

Directrix.ru - рейтинг, каталог сайтов
Рейтинг@Mail.ru