Виды солнечных батарей
Основные виды солнечных батарей: обзор достоинств
Солнечные батареи – это безопасный и перспективный источник энергии. Если вы планируете или уже решили установить солнечную электростанцию на своём доме, вам будет полезно узнать, какие типы солнечных панелей существуют.
Основные виды солнечных панелей и их характеристики
Различают моно-, поликристаллические, а также панели, созданные из аморфного кремния. Рассмотрим особенности каждого из 3 типов солнечных батарей.
Монокристаллические
Для изготовления панелей выращивается кремниевый кристалл по методу Чохральского. Далее он нарезается на тонкие пластины, которые используются для сборки панели. Монокристаллические солнечные панели имеют черный оттенок.
Учитывая, что элемент состоит из одного кристалла, электроны, создающие электрический ток, располагают большим «пространством» для маневра и перемещения и демонстрируют повышенную эффективность по сравнению с поликристаллическими панелями. Таким образом, КПД монокристаллов варьируется от 18 до 24%.
Поликристаллические
В качестве основы для изготовления панелей используется полупроводниковый элемент с поликристаллической структурой. Для производства используется сырье, которое осталось после изготовления монокристаллических батарей. Сначала кремниевое сырье расплавляют, а потом охлаждают.
Учитывая неоднородность кристаллов, не удается получить полностью однотонную поверхность. Цветовая гамма поликристаллических панелей – синяя. КПД варьируется от 12 до 18%.
Солнечные панели из аморфного кремния
Аморфный кремний представляет собой гидрогенизированную форму кремния, в состав которой входит водород, меняющий свойства материала и придающий ему свойства полупроводника. В качестве подложки для нанесения кремневодорода может быть использовано стекло, полимеры, керамика, однако наиболее распространенным материалом остается нержавеющая сталь.
Аморфному кремнию присуще оптическое поглощение, в 20 раз превышающее аналогичный показатель кристаллического кремния, вот почему достаточно толщины пленки всего 0,5-1,0 мкм. КПД панелей из аморфного кремния нового поколения постепенно повышается. Если эффективность первых модулей не превышала 5%, то сегодня производятся панели, КПД которых достигает 12%.Особенностью панелей из аморфного кремния является эффективное использование рассеянного солнечного света. Это свойство делает их оптимальным вариантом для использования в северных районах. Также стоит отметить, что их эффективность при повышении температуры воздуха не снижается. Однако стоимость такого вида солнечных батарей остается высокой.
Жесткие и гибкие солнечные панели
Традиционные моно- и поликристаллические панели имеют жесткую конструкцию. В результате готовый модуль имеет значительный вес, является совсем не эластичным и к тому же хрупким. Установить его на криволинейной поверхности нельзя.
В отличие от жестких гибкие солнечные панели, созданные на основе сверхтонких лент из стали, выглядят как пленка и отличаются эластичностью и легкостью. Гибкая стальная основа обеспечивает прочность и надежность. Такие панели можно легко устанавливать на неровных поверхностях.
Какие виды солнечных батарей выбрать для дачи?
Выбор вида солнечных батарей для дома или дачи зависит от имеющихся возможностей.
При одинаковых размерах, монокристаллические батареи способны преобразовать больше энергии, чем поликристаллические. Монокристалл окупается быстрее. При наличии финансовых возможностей можно порекомендовать монокристаллическую батарею. Кроме того, этот вариант будет единственным, если площадь поверхности, пригодной для установки панелей, не велика.
При наличии достаточного пространства можно приобрести поликристаллические панели. Их стоимость не высока, поэтому можно подобрать оптимальное количество, необходимое для получения нужного объема энергии. Кроме того, поликристалл станет хорошим решением, если вашей целью является получение энергии для питания лишь небольших приборов и устройств.
Гибкие солнечные панели идеально подходят для установки на криволинейных поверхностях, а также на катерах, яхтах, автодомах, кемперах и автомобилях.
Выбирайте оборудование брендов, которые давно работают и хорошо зарекомендовали себя на рынке. Не стоит покупать дешевые батареи изготовителей, о которых никто не слышал.
Возможности компании REENERGO
Если у вас есть желание собрать солнечную электростанцию для дома, но нет времени разбираться в особенностях устройства и принципах работы солнечных батарей, смело обращайтесь к специалистам компании REENERGO, которые расскажут о нюансах и подберут оптимальный комплект оборудования!
Сравнительный обзор различных видов солнечных батарей
Альтернативная энергетика максимально развивается в Европе, показывая результатами свою перспективность. Появляются новые виды солнечных батарей, повышается их КПД.
При желании обеспечить работу промышленного здания или жилого помещения за счет энергии солнца, необходимо предварительно узнать об отличиях оборудования, понять, какие солнечные панели подходят под климатические условия определенного региона.
Мы поможем разобраться в этом вопросе. В статье рассмотрен принцип работы фотоэлектрических преобразователей, приведен обзор разных видов солнечных батарей с указанием их характеристик, преимуществ и недостатков. Ознакомившись с материалом, вы сможете сделать правильный выбор для обустройства эффективной гелиосистемы.
Содержание статьи:
- Принцип работы солнечных панелей
- Типы фотоэлектрических преобразователей
- Характеристики панелей на основе кремния
- Монокристаллические кремниевые панели
- Поликристаллические солнечные батареи
- Солнечные панели из аморфного кремния
- Обзор бескремниевых устройств
- Солнечные панели из редких металлов
- Полимерные и органические аналоги
- Какую солнечную панель выбрать?
- Выводы и полезное видео по теме
Принцип работы солнечных панелей
Подавляющее большинство солнечных панелей являются в физическом смысле фотоэлектрическими преобразователями. Электрогенерирующий эффект возникает в месте полупроводникового p-n перехода.
Именно кремниевые пластины составляют основу себестоимости солнечных панелей, но при их использовании в качестве круглосуточного источника электроэнергии придется дополнительно купить дорогостоящие аккумуляторные батареи
Панель состоит из двух кремниевых пластин с различными свойствами. Под действием света в одной из них возникает недостаток электронов, а в другой – их избыток. Каждая пластина имеет токоотводящие полоски из меди, которые подсоединяются к преобразователям напряжения.
Промышленная солнечная панель состоит из множества ламинированных фотоэлектрических ячеек, скрепленных между собой и закрепленных на гибкой или жесткой подложке.
КПД оборудования зависит во многом от чистоты кремния и ориентации его кристаллов. Именно эти параметры пытаются улучшить инженеры последние десятилетия. Основной проблемой при этом является высокая стоимость процессов, которые лежат в основе очищения кремния и расположения кристаллов в одном направлении на всей панели.
Ежегодно максимальные КПД различных солнечных панелей изменяются в большую сторону, потому что в исследования новых фотогальванических материалов вкладываются миллиарды долларов (+)
Полупроводники фотоэлектрических преобразователей могут изготавливаться не только из кремния, но и из других материалов — при этом не изменяется.
Типы фотоэлектрических преобразователей
Классифицируют промышленные солнечные панели по их конструкционным особенностям и типу рабочего фотоэлектрического слоя.
Различают такие виды батарей по типу устройства:
- ;
- жесткие модули.
Гибкие тонкопленочные панели постепенно занимают всё большую нишу на рынке благодаря своей монтажной универсальности, ведь установить их можно на большинстве поверхностей с разнообразными архитектурными формами.
Реальные характеристики солнечных панелей обычно ниже, чем указанные в инструкции. Поэтому перед их установкой дома желательно самому увидеть похожий реализованный проект
По типу рабочего фотоэлектрического слоя солнечные батареи разделяются на такие разновидности:
- Кремниевые: монокристаллические, поликристаллические, аморфные.
- Теллурий-кадмиевые.
- На основе селенида индия- меди-галлия.
- Полимерные.
- Органические.
- На основе арсенида галлия.
- Комбинированные и многослойные.
Интерес для широкого потребителя представляют не все типы солнечных панелей, а только лишь первые два кристаллических подвида.
Хотя некоторые другие типы панелей и имеют большие КПД, но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения.
Галерея изображений
Фото из
Массив монокристаллических солнечных фотоэлементов
Солнечная панель на основе поликристаллов кремния
Солнечная панель в виде пленки
Фотогальванические элементы из селенида индия-меди-галлия
Фотоэлемент на основе арсенида галлия
Солнечные панели со слоем теллурида кадмия
Производство органических солнечных панелей
Солнечная батарея из полиэфира
Кремниевые фотоэлектрические элементы довольно чувствительны к нагреву. Базовая температура для измерения электрогенерации составляет 25°C. При её повышении на один градус эффективность панелей снижается на 0,45-0,5%.
Далее будут подробно рассмотрены солнечные панели, которые представляют наибольший потребительский интерес.
Характеристики панелей на основе кремния
Кремний для солнечных батарей изготавливают из кварцевого порошка — размолотых кристаллов кварца. Богатейшие залежи сырья есть в Западной Сибири и Среднем Урале, поэтому перспективы данного направления солнечной энергетики практически безграничны.
Даже сейчас кристаллические и аморфные кремниевые панели занимают уже более 80% рынка. Поэтому стоит рассмотреть их более подробно.
Монокристаллические кремниевые панели
Современные монокристаллические кремниевые пластины (mono-Si) имеют равномерный темно-синий цвет по всей поверхности. Для их производства используется наиболее чистый кремний. Монокристаллические фотоэлементы среди всех кремниевых пластин имеют самую высокую цену, но обеспечивают и наилучший КПД.
Большие монокристаллические солнечные панели с поворотными механизмами идеально вписываются в пустынные пейзажи. Там обеспечиваются условия для максимальной производительности
Высокая стоимость производства обусловлена сложностью ориентации всех кристаллов кремния в одном направлении. Из-за таких физических свойств рабочего слоя максимальный КПД обеспечивается только лишь при перпендикулярном падении солнечных лучей на поверхность пластины.
Монокристаллические батареи требуют дополнительного оборудования, которое автоматически поворачивает их в течение дня, чтобы плоскость панелей была максимально перпендикулярна солнечным лучам.
Слои кремния с односторонне ориентированными кристаллами вырезаются из цилиндрического бруска металла, поэтому готовые фотоэлектрические блоки имеют вид закруглённого по углам квадрата.
К преимуществам монокристаллических кремниевых батарей относят:
- Высокий КПД со значением 17-25%.
- Компактность — меньшая площадь размещения оборудования из расчета на единицу мощности, в сравнении с поликристаллическими кремниевыми панелями.
- Долговечность — достаточная эффективность генерации электроэнергии обеспечивается до 25 лет.
Недостатков у таких батарей всего два:
- Высокая стоимость и длительная окупаемость.
- Чувствительность к загрязнению. Пыль рассеивает свет, поэтому у покрытых ею солнечных панелей резко снижается КПД.
Из-за потребности в прямых солнечных лучах монокристаллические в основном на открытых площадках или на высоте. Чем ближе местность к экватору и чем больше в ней солнечных дней, тем более предпочтительна установка именно этого типа фотоэлектрических элементов.
Поликристаллические солнечные батареи
Поликристаллические кремниевые панели (multi-Si) имеют неравномерный по интенсивности синий окрас из-за разносторонней ориентированности кристаллов. Чистота кремния, используемого при их производстве, несколько ниже, чем у монокристаллических аналогов.
Разнонаправленность кристаллов обеспечивает высокий КПД при рассеянном свете – 12-18%. Он ниже, чем в однонаправленных кристаллах, но в условиях пасмурной погоды такие панели оказываются более эффективны.
Неоднородность материала приводит и к снижению себестоимости производства кремния. Очищенный металл для поликристаллических солнечных панелей без особых ухищрений заливается в формы.
На производстве используются специальные технические приемы для формирования кристаллов, однако их направленность не контролируется. После остывания кремний нарезают слоями и обрабатывают по специальному алгоритму.
Поликристаллические панели не требуют постоянной ориентации в сторону солнца, поэтому для их размещения активно используются крыши домов и промышленных зданий.
Днем при легкой облачности преимуществ солнечных панелей из аморфного кремния заметно не будет, их достоинства раскрываются только при плотных тучах или в тени (+)
К достоинствам солнечных батарей с разнонаправленными кристаллами относят:
- Высокая эффективность в условиях рассеянного света.
- Возможность стационарного монтажа на крышах зданий.
- Меньшая стоимость по сравнению с монокристаллическими панелями.
- Длительность эксплуатации — падение эффективности через 20 лет эксплуатации составляет всего 15-20%.
Недостатки у поликристаллических панелей также имеются:
- Пониженный КПД со значением 12-18%.
- Относительная громоздкость — требуется больше пространства для установки из расчета на единицу мощности в сравнении с монокристаллическими аналогами.
Поликристаллические солнечные панели завоевывают всё большую рыночную долю среди других кремниевых батарей. Это обеспечивается широкими потенциальными возможностями для удешевления стоимости их производства. Ежегодно увеличивается и КПД таких панелей, стремительно приближаясь к 20% у массовых продуктов.
Солнечные панели из аморфного кремния
Механизм производства солнечных панелей из аморфного кремния принципиально отличается от изготовления кристаллических фотоэлектрических элементов. Здесь используется не чистый неметалл, а его гидрид, горячие пары которого осаждаются на подложку.
В результате такой технологии классические кристаллы не образуются, а затраты на производство резко снижаются.
Фотоэлементы из осажденного аморфного кремния можно закреплять как на гибкой полимерной подложке, так и на жестком стеклянном листе
На данный момент существует уже три поколения панелей из аморфного кремния, в каждом из которых заметно повышается КПД. Если первые фотоэлектрические модули имели эффективность 4-5%, то сейчас на рынке массово продаются модели второго поколения с КПД 8-9%.
Аморфные панели последней разработки имеют эффективность до 12% и уже начинают появляться в продаже, но они пока ещё достаточно дорогие.
За счет особенностей данной производственной технологии, создать слой кремния можно как на жесткой, так и на гибкой подложке. Из-за этого модули из аморфного кремния активно используются в гибких тонкоплёночных солнечных модулях. Но варианты с эластичной подложкой стоят намного дороже.
Физико-химическая структура аморфного кремния позволяет максимально поглощать фотоны слабого рассеянного света для генерации электроэнергии. Поэтому такие панели удобны для применения в северных районах с большими свободными площадями.
Не снижается эффективность батарей на основе аморфного кремния и при высокой температуре, хотя они и уступают по этому параметру панелям из арсенида галлия.
При одинаковой стоимости оборудования солнечные панели из гидрида кремния показывают большую производительность, чем их моно- и поликристаллические аналоги (+)
Подытоживая, можно указать такие преимущества аморфных солнечных панелей:
- Универсальность — возможность изготовления гибких и тонких панелей, монтаж батарей на любые архитектурные формы.
- Высокий КПД при рассеянном свете.
- Стабильная работа при высоких температурах.
- Простота и надежность конструкции. Такие панели практически не ломаются.
- Сохранение работоспособности в сложных условиях — меньшее падение производительности при запыленности поверхности, чем у кристаллических аналогов
Срок службы таких фотоэлектрических элементов, начиная со второго поколения, составляет 20-25 лет при падении мощности в 15-20%. К недостаткам панелей из аморфного кремния можно отнести лишь потребность в бо́льших площадях для размещения оборудования требуемой мощности.
Обзор бескремниевых устройств
Некоторые солнечные панели, изготовленные с применением редких и дорогостоящих металлов, имеют КПД более 30%. Они в разы дороже своих кремниевых аналогов, но всё-таки заняли высокотехнологичную торговую нишу, благодаря своим особенным характеристикам.
Солнечные панели из редких металлов
Существует несколько типов солнечных панелей из редких металлов, и не все они имеют КПД выше, чем у монокристаллических кремниевых модулей.
Однако способность работать в экстремальных условиях позволяет производителям таких солнечных панелей выпускать конкурентоспособную продукцию и проводить дальнейшие исследования.
Панели из теллурида кадмия активно используются при облицовке зданий в экваториальных и аравийских странах, где их поверхность нагревается днем до 70-80 градусов
Основными сплавами, применяемыми для изготовления фотоэлектрических элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS).
Кадмий – токсический металл, а индий, галлий и теллур являются довольно редкими и дорогостоящими, поэтому массовое производство солнечных панелей на их основе даже теоретически невозможно.
КПД таких панелей находится на уровне 25-35%, хотя в исключительных случаях может доходить до 40%. Ранее их применяли в основном в космической отрасли, а сейчас появилось новое перспективное направление.
Из-за стабильной работы фотоэлементов из редких металлов при температурах 130-150°C их используют в солнечных тепловых электростанциях. При этом лучи солнца от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно генерирует электроэнергию и обеспечивает передачу тепловой энергии водяному теплообменнику.
В результате нагрева воды образуется пар, который заставляет вращаться турбину и генерировать электроэнергию. Таким образом солнечная энергия преобразуется в электрическую одновременно двумя путями с максимальной эффективностью.
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.
Какую солнечную панель выбрать?
Выбор солнечных панелей для загородных домов на широте 45-60° не труден. Здесь стоит рассматривать лишь два варианта: поликристаллические и монокристаллические кремниевые панели.
При дефиците места предпочтение лучше отдать более эффективным моделям с односторонней ориентацией кристаллов, при неограниченной площади рекомендуется приобрести поликристаллические батареи.
Ориентироваться на прогнозы аналитических компаний развития рынка солнечных панелей не стоит, ведь лучшие их образцы, возможно, ещё не изобретены
Выбирать конкретного производителя, требуемую мощность и дополнительное оборудование лучше при участии менеджеров компаний, занимающихся продажей и установкой такого оборудования. Следует знать, что качество и цена фотоэлектрических модулей у крупнейших производителей отличаются мало.
Следует учитывать, что при заказе комплекта оборудования «под ключ», стоимость самих солнечных панелей будет составлять всего лишь 30-40% от общей суммы. Сроки окупаемости таких проектов составляют 5-10 лет, и зависят от уровня энергопотребления и возможности продажи излишков электроэнергии в городскую сеть.
Некоторые мастера предпочитают собирать солнечные батареи собственноручно. На нашем сайте есть статьи с подробным описанием технологии изготовления таких панелей, их подключению и обустройству отопительных гелиосистем .
Советуем ознакомиться:
Выводы и полезное видео по теме
Представленные видеоролики показывают работу различных солнечных панелей в реальных условиях. Также они помогут разобраться в вопросах выбора сопутствующего оборудования.
Правила выбора солнечных панелей и сопутствующего оборудования:
Виды солнечных панелей:
Тестирование монокристаллической и поликристаллической панелей:
Для населения и небольших промышленных объектов реальной альтернативы кристаллическим кремниевым панелям пока что нет. Но темпы разработки новых типов солнечных батарей позволяют надеяться, что скоро энергия солнца станет главным источником электроэнергии во многих загородных домах.
Всем заинтересованным в вопросе выбора и использования солнечных батарей предлагаем оставлять комментарии, задавать вопросы и участвовать в обсуждениях. Форма для связи расположена в нижнем блоке.
Типы солнечных панелей: что вам нужно знать
Большинство доступных в настоящее время вариантов солнечных панелей относятся к одному из трех типов: монокристаллические , поликристаллические (также известные как мультикристаллические) и тонкопленочные . Эти солнечные панели различаются по способу изготовления, внешнему виду, производительности, стоимости и установке, для которой каждая из них лучше всего подходит. В зависимости от типа установки, которую вы рассматриваете, один вариант может быть более подходящим, чем другие.
Основные сведения о различных типах солнечных панелей
- Три основных типа солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные
- Монокристаллические солнечные панели являются наиболее эффективными
- Поликристаллические солнечные панели могут быть самыми дорогостоящими эффективный
- Тонкопленочные солнечные панели могут быть лучшими для необычных стилей крыш
О чем эта статья?
- Основные типы солнечных панелей
- Стоимость различных солнечных панелей
- Какой тип панели лучше?
- Из чего сделаны солнечные панели?
- Как выглядят разные солнечные панели?
- Насколько эффективны различные типы солнечных панелей?
- Какой тип панели лучше всего подходит для вашей установки?
Основные типы солнечных панелей
Существует три основных типа солнечных панелей: монокристаллические , поликристаллические и тонкопленочный . Каждый тип имеет свои уникальные преимущества и недостатки, и тип солнечной панели, наиболее подходящий для вашей установки, будет зависеть от факторов, характерных для вашей собственности, и желаемых характеристик системы.
Основные типы солнечных панелей
| Тип солнечной панели | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|
| Монокристаллический | Высокая эффективность и производительность | Более высокие затраты |
| Поликристаллический | Более низкая стоимость | Более низкая эффективность и производительность |
| Тонкопленочный | Портативный и гибкий | Более низкая эффективность и производительность |
Ниже мы рассмотрим некоторые распространенные вопросы и опасения, связанные с солнечными панелями, а также с тем, как различные типы панелей имеют различные характеристики.
Какой тип солнечной панели лучше?
- Кристаллические солнечные панели имеют самый высокий КПД среди всех панелей.
- Монокристаллические панели имеют КПД 15–20 %, что делает их самыми эффективными из всех кристаллических панелей.
- Поликристаллические панели имеют КПД 15–17 % и могут быть наиболее экономичным вариантом.
- Тонкопленочные солнечные панели лучше всего подходят для нестандартных стилей крыш и являются наиболее устойчивыми.
Различные типы солнечных панелей имеют разную стоимость
Производственные процессы различаются между монокристаллическими, поликристаллическими и тонкопленочными; поэтому каждый тип панели имеет разную цену.
Монокристаллические солнечные панели: самый дорогой вариант
Из всех типов солнечных панелей монокристаллические панели, вероятно, будут самым дорогим вариантом. Во многом это связано с производственным процессом — поскольку солнечные элементы изготавливаются из одного кристалла кремния, производителям приходится брать на себя затраты на создание этих кристаллов. Этот процесс, известный как процесс Чохральского, является энергоемким и приводит к потере кремния (который впоследствии можно использовать для производства поликристаллических солнечных элементов).
Поликристаллические солнечные панели: середина пути
Поликристаллические солнечные панели обычно дешевле, чем монокристаллические солнечные панели. Это связано с тем, что ячейки производятся из фрагментов кремния, а не из одного чистого кристалла кремния. Это позволяет значительно упростить процесс производства элементов, что снижает затраты для производителей и, в конечном итоге, для конечных пользователей.
Тонкопленочные солнечные панели: по обстоятельствам!
Стоимость тонкопленочных солнечных панелей во многом зависит от типа тонкопленочных панелей; CdTe, как правило, является самым дешевым в производстве типом солнечных панелей, в то время как солнечные панели CIGS намного дороже в производстве, чем CdTe или аморфный кремний.
Независимо от стоимости самой панели, общая стоимость установки тонкопленочной солнечной панели может быть ниже, чем установка монокристаллической или поликристаллической системы солнечных панелей из-за дополнительных трудозатрат. Тонкопленочные солнечные панели менее трудоемки, потому что они легче и маневреннее, что облегчает монтажникам перенос панелей на крыши и их крепление на месте. Это означает снижение затрат на рабочую силу, что может способствовать снижению стоимости солнечной установки в целом.
Из чего сделаны солнечные батареи?
Для производства электроэнергии солнечные элементы изготавливаются из полупроводникового материала, преобразующего свет в электричество. Наиболее распространенным материалом, используемым в качестве полупроводника в процессе производства солнечных элементов, является кремний.
Из чего сделаны кристаллические солнечные панели?
Как монокристаллические, так и поликристаллические солнечные панели имеют элементы, изготовленные из кремниевых пластин. Чтобы построить монокристаллическую или поликристаллическую панель, пластины собираются в ряды и столбцы, образуя прямоугольник, покрываются стеклянным листом и обрамляются вместе.
В то время как оба этих типа солнечных панелей имеют элементы, изготовленные из кремния, монокристаллические и поликристаллические панели различаются по составу самого кремния. Монокристаллические солнечные элементы вырезаются из цельного чистого кристалла кремния. В качестве альтернативы, поликристаллические солнечные элементы состоят из фрагментов кристаллов кремния, которые сплавляются вместе в форме перед разрезанием на пластины.
Из чего сделаны тонкопленочные солнечные панели?
В отличие от монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей, тонкопленочные панели изготавливаются из различных материалов. Наиболее распространенный тип тонкопленочных солнечных панелей изготавливается из теллурида кадмия (CdTe). Чтобы сделать этот тип тонкопленочной панели, производители помещают слой CdTe между прозрачными проводящими слоями, которые помогают улавливать солнечный свет. Этот тип тонкопленочной технологии также имеет стеклянный слой сверху для защиты.
Тонкопленочные солнечные панели также могут быть изготовлены из аморфного кремния (a-Si), состав которого подобен монокристаллическим и поликристаллическим панелям. Хотя в составе этих тонкопленочных панелей используется кремний, они не состоят из сплошных кремниевых пластин. Скорее, они состоят из некристаллического кремния, помещенного поверх стекла, пластика или металла.
Наконец, панели из селенида меди-индия-галлия (CIGS) — еще один популярный тип тонкопленочной технологии. Панели CIGS имеют все четыре элемента, помещенные между двумя проводящими слоями (например, стеклом, пластиком, алюминием или сталью), а электроды размещены на передней и задней части материала для улавливания электрических токов.
Как выглядят разные типы солнечных панелей?
Различия в материалах и производстве вызывают различия во внешнем виде между каждым типом солнечной панели:
Монокристаллические солнечные панели: наиболее эффективный вариант
Если вы видите солнечную панель с черными элементами, скорее всего, это монокристаллическая панель. Эти ячейки кажутся черными из-за того, как свет взаимодействует с кристаллом чистого кремния.
В то время как сами солнечные элементы черные, монокристаллические солнечные панели имеют различные цвета для их задних листов и рамок. Задний лист солнечной панели чаще всего бывает черным, серебристым или белым, а металлические каркасы обычно черными или серебристыми.
Поликристаллические солнечные панели: могут быть более экономичным вариантом
В отличие от монокристаллических солнечных элементов, поликристаллические солнечные элементы обычно имеют голубоватый оттенок из-за того, что свет отражается от кремниевых фрагментов в элементе иначе, чем он отражает на пластине из чистого монокристаллического кремния.
Подобно монокристаллическим панелям, поликристаллические панели имеют разные цвета тыльных листов и рамок. Чаще всего рамки поликристаллических панелей серебристые, а тыльные листы либо серебристые, либо белые.
Тонкопленочные солнечные панели
Самым большим эстетическим отличием тонкопленочных солнечных панелей является то, насколько тонкой и низкопрофильной является технология. Как следует из их названия, тонкопленочные панели часто тоньше, чем панели других типов. Это связано с тем, что ячейки внутри панелей примерно в 350 раз тоньше, чем кристаллические пластины, используемые в монокристаллических и поликристаллических солнечных панелях.
Важно иметь в виду, что, хотя сами тонкопленочные элементы могут быть намного тоньше, чем традиционные солнечные элементы, вся тонкопленочная панель может быть такой же по толщине, как монокристаллическая или поликристаллическая солнечная панель, если она включает в себя толстый каркас. Есть клейкие тонкопленочные солнечные панели, которые максимально плотно прилегают к поверхности крыши, но есть и более прочные тонкопленочные панели с толщиной каркаса до 50 миллиметров.
Что касается цвета, тонкопленочные солнечные панели могут быть как синего, так и черного оттенка, в зависимости от того, из чего они сделаны.
Что такое двусторонние солнечные панели?
Двусторонние солнечные панели могут улавливать солнечный свет как с передней, так и с задней стороны панели, тем самым производя больше электроэнергии, чем традиционные солнечные панели сравнимых размеров. Многие двусторонние солнечные панели будут иметь прозрачный задний лист, так что солнечный свет может проходить через панель, отражаться от поверхности земли и обратно вверх к солнечным элементам на задней стороне панели. Эти солнечные панели обычно изготавливаются из монокристаллических солнечных элементов, но существуют и поликристаллические двусторонние солнечные панели.
Насколько эффективны различные типы солнечных батарей?
Каждый тип солнечной панели различается по мощности, которую она может производить.
Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели
Из всех типов панелей монокристаллические панели обычно имеют самый высокий КПД и мощность. Монокристаллические солнечные панели могут достигать эффективности выше 20 процентов, в то время как поликристаллические солнечные панели обычно имеют эффективность от 15 до 17 процентов.
Монокристаллические солнечные панели имеют тенденцию генерировать больше энергии, чем другие типы панелей, не только из-за их эффективности, но и из-за того, что они поставляются с модулями более высокой мощности. Большинство монокристаллических солнечных панелей имеют мощность более 300 Вт (Вт), а некоторые в настоящее время даже превышают 400 Вт. С другой стороны, поликристаллические солнечные панели, как правило, имеют меньшую мощность.
Это не означает, что монокристаллические и поликристаллические солнечные панели физически различаются по размеру — на самом деле, оба типа солнечных панелей, как правило, имеют по 60 кремниевых ячеек каждая, а также варианты с 72 или 96 ячейками (обычно для крупномасштабных установки). Но даже при том же количестве ячеек монокристаллические панели способны производить больше электроэнергии.
Тонкопленочные солнечные панели
Тонкопленочные солнечные панели, как правило, имеют меньшую эффективность и мощность, чем монокристаллические или поликристаллические разновидности. Эффективность будет варьироваться в зависимости от конкретного материала, используемого в ячейках, но обычно они имеют эффективность ближе к 11 процентам.
В отличие от монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей, которые выпускаются в стандартных вариантах с 60, 72 и 96 ячейками, тонкопленочная технология не имеет одинаковых размеров. Таким образом, мощность от одной тонкопленочной панели к другой будет во многом зависеть от ее физического размера. Вообще говоря, мощность на квадратный фут монокристаллической или поликристаллической солнечной панели будет превышать технологию тонкопленочных панелей.
Есть ли у солнечных панелей более 96 ячеек?
Хотя это и не так распространено, как панели с 60, 72 или 96 ячейками, некоторые производители солнечных панелей производят солнечные панели с половинчатыми ячейками, что фактически удваивает количество солнечных батарей внутри панели. Полуразрезанные солнечные элементы представляют собой монокристаллические или поликристаллические солнечные элементы, разрезаемые пополам с помощью лазерного резака. Сократив количество солнечных элементов пополам, солнечные панели могут получить незначительный выигрыш в эффективности и долговечности.
Какой тип панели лучше всего подходит для вашей установки?
Когда вы выбираете тип солнечной панели для своей системы, большая часть вашего решения будет зависеть от специфики вашей собственности и ситуации. Монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные панели имеют свои преимущества и недостатки, и решение, которое вы должны использовать, зависит от вашей собственности и ваших целей в отношении солнечного проекта.
Владельцы недвижимости, располагающие большим количеством места для солнечных батарей, могут заранее сэкономить деньги, установив более дешевые поликристаллические панели с меньшей эффективностью. Если у вас ограниченное пространство и вы хотите максимально сэкономить на счетах за электроэнергию, вы можете сделать это, установив высокоэффективные монокристаллические солнечные панели.
Что касается тонкопленочных панелей, чаще всего выбирают этот тип солнечной панели, если вы устанавливаете ее на большой коммерческой крыше, которая не может выдержать дополнительный вес традиционного солнечного оборудования. Эти типы крыш также могут позволить себе более низкую эффективность тонкопленочных панелей, потому что у них больше места для их размещения. Кроме того, тонкопленочные панели иногда могут быть полезным решением для портативных солнечных систем, например, для жилых домов или лодок.
Начните свое путешествие по солнечной энергии сегодня с EnergySage
EnergySage — это национальный онлайн-рынок солнечной энергии: когда вы регистрируете бесплатную учетную запись, мы связываем вас с солнечными компаниями в вашем регионе, которые конкурируют за ваш бизнес с индивидуальными ценами на солнечную энергию, адаптированными к вашим потребностям. твои нужды. Ежегодно EnergySage посещают более 10 миллионов человек, чтобы узнать о солнечной энергии, купить ее и инвестировать в нее. Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы узнать, сколько солнечной энергии может сэкономить вам.
Полное руководство по типам солнечных панелей
Стремление к возобновляемым источникам энергии привело к всплеску использования солнечной энергии. Только за последнее десятилетие солнечная промышленность выросла почти на 50% благодаря федеральной поддержке, такой как Налоговый кредит на инвестиции в солнечную энергию, и высокому коммерческому и промышленному спросу на экологически чистую энергию.
Поскольку сектор солнечной энергетики продолжает расти, стоит изучить основу солнечной промышленности: солнечные панели.
В этом руководстве показаны различные типы солнечных панелей, представленных сегодня на рынке, их сильные и слабые стороны, а также то, какие из них лучше всего подходят для конкретных случаев использования.
Что такое солнечная панель?
Солнечные панели используются для сбора солнечной энергии солнца и преобразования ее в электричество.
Типичная солнечная панель состоит из отдельных солнечных элементов, каждый из которых состоит из слоев кремния, бора и фосфора. Слой бора обеспечивает положительный заряд, слой фосфора обеспечивает отрицательный заряд, а кремниевая пластина действует как полупроводник.
Когда солнечные фотоны ударяются о поверхность панели, они выбивают электроны из кремниевого «бутерброда» в электрическое поле, создаваемое солнечными элементами. Это приводит к направленному току, который затем превращается в полезную мощность.
Весь процесс называется фотоэлектрическим эффектом, поэтому солнечные панели также известны как фотоэлектрические панели или фотоэлектрические панели. Типичная солнечная панель содержит 60, 72 или 90 отдельных солнечных элементов.
Четыре основных типа солнечных панелей
Сегодня на рынке доступны 4 основных типа солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические, PERC и тонкопленочные панели.
Монокристаллические солнечные панели
Также известные как монокристаллические панели, они изготавливаются из одного кристалла чистого кремния, который разрезается на несколько пластин. Поскольку они сделаны из чистого кремния, их легко узнать по темно-черному цвету. Использование чистого кремния также делает монокристаллические панели наиболее компактными и долговечными среди всех трех типов солнечных панелей.
Однако за это приходится платить — на производство одной монокристаллической ячейки тратится много кремния, иногда превышающее 50%. Это приводит к здоровенный ценник.
Поликристаллические солнечные панели
Как следует из названия, они состоят из разных кристаллов кремния, а не из одного. Фрагменты кремния расплавляют и заливают в квадратную форму. Это делает поликристаллические элементы гораздо более доступными, так как почти нет отходов, и придает им характерную квадратную форму.
Однако это также делает их менее эффективными с точки зрения преобразования энергии и занимаемой площади, поскольку чистота их кремния и конструкция ниже, чем у монокристаллических панелей. Они также имеют более низкую термостойкость, что означает, что они менее эффективны в высокотемпературных средах.
Панели с пассивированным излучателем и задним элементом (PERC)
Солнечные панели PERC представляют собой усовершенствование традиционных монокристаллических элементов. Эта относительно новая технология добавляет пассивирующий слой на заднюю поверхность ячейки, что повышает эффективность несколькими способами:
- Он отражает свет обратно в клетку, увеличивая количество поглощаемой солнечной радиации.
- Уменьшает естественную склонность электронов к рекомбинации и подавляет поток электронов в системе.
- Позволяет отражать свет с большей длиной волны. Световые волны с длиной волны более 1180 нм не могут поглощаться кремниевыми пластинами и просто проходят сквозь них, поэтому в конечном итоге они нагревают металлический задний лист ячейки и снижают ее эффективность. Пассивирующий слой отражает эти более высокие длины волн и не дает им нагревать задний лист.
Панели PERC обеспечивают больший сбор солнечной энергии при меньшей занимаемой площади, что делает их идеальными для ограниченного пространства. Их производство лишь немного дороже, чем традиционные панели, из-за необходимых дополнительных материалов, но их можно производить на том же оборудовании, и в конечном итоге средняя стоимость на ватт может быть ниже из-за их эффективности.
Чтобы лучше понять преимущества панелей PERC, ознакомьтесь с нашим блогом «5 важных преимуществ солнечных панелей PERC, которые вам нужно знать».
Тонкопленочные солнечные панели
Тонкопленочные панели характеризуются очень тонкими слоями, достаточно тонкими, чтобы быть гибкими. Каждая панель не требует подложки для рамы, что делает их легче и проще в установке. В отличие от панелей из кристаллического кремния, которые имеют стандартные размеры на 60, 72 и 96 ячеек, тонкопленочные панели могут иметь разные размеры в соответствии с конкретными потребностями. Однако они менее эффективны, чем типичные кремниевые солнечные панели.
Варианты тонкопленочных солнечных панелей
В отличие от кристаллических панелей, в которых используется кремний, тонкопленочные солнечные панели изготавливаются из других материалов. К ним относятся:
- Теллурид кадмия (CdTe)
- Аморфный кремний (a-Si)
- Селенид меди, индия, галлия (CIGS)
Теллурид кадмия (CdTe)
CdTe обладает тем же преимуществом низкой стоимости, что и поликристаллические элементы, при этом обладая самым низким углеродным следом, потребностью в воде и временем окупаемости энергии среди всех типов солнечных панелей. Однако токсичность кадмия делает переработку более дорогой, чем другие материалы.
Аморфный кремний (a-Si)
Панели из аморфного кремния (A-Si) получили свое название из-за их бесформенной природы. В отличие от моно- и поликристаллических солнечных элементов кремний не структурирован на молекулярном уровне.
В среднем для a-Si элемента требуется лишь часть кремния, необходимого для производства типичных кремниевых элементов. Это позволяет им иметь самые низкие производственные затраты за счет эффективности. Вот почему панели a-Si подходят для приложений, требующих очень мало энергии, таких как карманные калькуляторы.
Селенид меди, индия, галлия (CIGS)
В панелях CIGS используется тонкий слой меди, индия, галлия и селена, нанесенный на стеклянную или пластиковую подложку. Комбинация этих элементов приводит к самой высокой эффективности среди тонкопанельных типов, хотя и не такой эффективной, как панели из кристаллического кремния.
Типы солнечных панелей по эффективности
Среди всех типов панелей кристаллические солнечные панели имеют самую высокую эффективность.
- Монокристаллические панели имеют КПД более 20%. Панели
- PERC повышают эффективность на 5% благодаря пассивирующему слою.
- Поликристаллические панели колеблются где-то между 15-17%.
Напротив, тонкопленочные панели обычно на 2-3% менее эффективны, чем кристаллический кремний. В среднем:
- Панели CIGS имеют диапазон эффективности 13-15%.
- CdTe колеблется в пределах 9-11%.
- a-Si имеют самый низкий КПД на уровне 6-8%.
| Тип панели | Эффективность |
| ПЕРК | Самый высокий (на 5% больше, чем монокристаллический) |
| Монокристаллический | 20% и выше |
| Поликристаллический | 15-17% |
| Селенид меди, индия, галлия (CIGS) | 13-15% |
| Теллурид кадмия (CdTe) | 9-11% |
| Аморфный кремний (a-Si) | 6-8% |
Типы солнечных панелей по мощности
Монокристаллические элементы имеют самую высокую мощность благодаря их монокристаллической конструкции, которая обеспечивает более высокую выходную мощность в меньшем корпусе. Большинство монокристаллических панелей могут генерировать мощность до 300 Вт.
Последние достижения в области солнечных технологий позволили поликристаллическим панелям сократить разрыв. Стандартная поликристаллическая панель с 60 ячейками теперь способна производить от 240 до 300 Вт. Тем не менее, монокристаллические панели по-прежнему превосходят поликристаллические по мощности на ячейку.
Поскольку тонкопленочные панели не имеют одинаковых размеров, не существует стандартной меры мощности, и мощность одной тонкопленочной панели будет отличаться от другой в зависимости от ее физического размера. В целом, при одинаковых физических размерах обычные кристаллические панели выдают больше энергии, чем тонкопленочные панели того же размера.
Типы солнечных панелей по стоимости
Монокристаллические панели (или модули, как их технически называют) имеют высокую цену из-за их энергоемкого и неэффективного производственного процесса с выходом только 50% для каждого кристалла кремния. .
Поликристаллические модули дешевле, поскольку в них используются фрагменты кристаллов, оставшиеся от монокристаллического производства, что упрощает производственный процесс и снижает производственные затраты.
Среди тонкопленочных солнечных панелей самой дорогой является CIGS, за ней следуют CdTe и аморфный кремний. Помимо более низкой стоимости приобретения, тонкопленочные модули проще в установке благодаря их меньшему весу и гибкости, что снижает стоимость рабочей силы.
В то время как общая стоимость бытовых систем снизилась более чем на 65 % за последнее десятилетие, фактическая стоимость системы выросла с 58 % от общей стоимости системы в 2014 г. до 65 % в 2020 г.
Для получения дополнительной информации о мягких затратах ознакомьтесь с нашей статьей о мягких затратах в солнечной промышленности и о том, что делается для их сокращения.
| Тип панели (модуль) | Средняя стоимость ватта |
| ПЕРК | 0,32–0,65 $ |
| Монокристаллический | $1 – $1,50 |
| Поликристаллический | 0,70 $ – 1 9 $0068 |
| Селенид меди, индия, галлия (CIGS) | 0,60–0,70 $ |
| Теллурид кадмия (CdTe) | 0,50–0,60 $ |
| Аморфный кремний (a-Si) | 0,43–0,50 $ |
Обратите внимание, что эти цифры не включают стоимость установки и работы. С учетом труда и других накладных расходов общая сумма может возрасти до 2,50-3,50 долларов за ватт.
Другие факторы, которые следует учитывать
Температура
Температура солнечной панели может влиять на ее способность генерировать энергию. Эта потеря выходной мощности отражается через температурный коэффициент, который является мерой снижения выходной мощности панели на каждый 1°C повышения температуры выше 25°C (77°F).
Монокристаллические и поликристаллические панели имеют температурный коэффициент от -0,3%/°C до -0,5%/°C, тогда как тонкопленочные панели ближе к -0,2%/°C. Это означает, что тонкопленочные панели могут быть хорошим вариантом для более жарких условий или мест, где в течение года больше солнечного света.
Класс огнестойкости
Обновленный Международный строительный кодекс 2012 года требует, чтобы солнечные панели соответствовали классу огнестойкости крыши, на которой они установлены. Это делается для того, чтобы модули не ускоряли распространение пламени в случае пожара. (Калифорния делает еще один шаг вперед, требуя, чтобы вся фотоэлектрическая система, включая систему стеллажей, имела одинаковую огнестойкость).
Таким образом, солнечные панели теперь имеют тот же рейтинг классификации, что и крыши:
Класс A
- эффективен при испытаниях на сильное возгорание
- Распространение пламени не должно превышать 6 футов
- требуется для территорий, граничащих с дикой природой и городом, или районов с высокой степенью пожароопасности и риска лесных пожаров
Класс B
- эффективен при умеренном воздействии огня
- Распространение пламени не должно превышать 8 футов
Класс C
- эффективен против воздействия легкого огня Распространение пламени
- не должно превышать 13 футов 9 дюймов.0016
Устойчивость к граду
Солнечные панели также испытываются на воздействие града. Стандарты
UL 1703 и UL 61703 касаются града путем сбрасывания 2-дюймовых твердых стальных сфер на солнечные панели с высоты 51 дюйм и стрельбы 1-дюймовыми ледяными шарами по фотоэлектрическим панелям из пневматической пушки для имитации ударов градом.
Из-за своей более толстой конструкции кристаллические панели могут выдерживать удары градом на скорости до 50 миль в час, в то время как тонкопленочные солнечные панели имеют более низкий рейтинг из-за их тонкой и гибкой природы.
Рейтинг ураганов
Хотя официальной классификации ураганов по солнечной энергии не существует, Министерство энергетики недавно расширило рекомендуемые технические характеристики солнечных панелей для защиты от неблагоприятных погодных условий.
Новые рекомендации включают:
- Модули с наивысшим рейтингом ASTM E1830-15 по снеговой и ветровой нагрузке как спереди, так и сзади.
- Крепежные детали с надежной блокировкой в соответствии со стандартом DIN 65151
- Использование сквозных болтовых модулей с замковыми креплениями вместо зажимных креплений
- Использование трехрамных рельсовых систем для повышения жесткости и защиты от скручивания
- Трубчатые рамы над открытыми С-образными швеллерами
- Ограждение по периметру фотоэлектрических систем для замедления ветра
Светоиндуцированная деградация (LID)
LID — это потеря характеристик, обычно наблюдаемая в кристаллических панелях в течение первых нескольких часов пребывания на солнце. Это происходит, когда солнечный свет вступает в реакцию со следами кислорода, оставшимися после производственного процесса, что влияет на структуру решетки кремния.
Потери LID напрямую связаны с качеством изготовления и могут составлять от 1 до 3%.
Обзор: Сравнение типов солнечных панелей
| ПЕРК | Монокристаллический | Поликристаллический | Тонкопленочный | |
| Первоначальная стоимость | Самый высокий | Высокий | Средний | От высшего к низшему: СИГС CdTe а-Си |
| Эффективность | Самый высокий (на 5% больше, чем монокристаллический) | 20% и выше | 15-17% | CIGS: 13-15% CdTe: 9-11% a-Si: 6-8% |
| Внешний вид | Черный с закругленными краями | Черный с закругленными краями | Синий с квадратными краями | В зависимости от тонкопленочного варианта |
| Преимущества | Требуется минимум места Самый эффективный Максимальная мощность | Менее дорогая альтернатива панелям PERC без пассивирующего слоя | Средний вариант по стоимости, эффективности и мощности | Самая низкая стоимость Проще установить |
| Недостатки | Самый дорогой изначально Некоторые более ранние панели пострадали от деградации, вызванной светом и повышенной температурой | Высокая начальная стоимость Низкий выход в производственном процессе | Низкая термостойкость, не подходит для жарких сред | Более короткий срок службы по сравнению с кристаллическими панелями требует больше места Наименее эффективный |
Итак, какой тип солнечной панели выбрать?
Поскольку у кристаллических и тонкопленочных панелей есть свои плюсы и минусы, выбор солнечной панели в конечном итоге зависит от ваших конкретных свойств и настроек состояния .
Ограниченное пространство
Тем, кто живет в густонаселенных районах с ограниченным пространством, следует выбирать высокоэффективные монокристаллические модули, чтобы максимально эффективно использовать физическое пространство и максимально экономить на коммунальных услугах. Если позволяет бюджет, переход на панели PERC может еще больше снизить затраты на производство энергии в долгосрочной перспективе.
Крупные объекты недвижимости
Те, у кого есть достаточно большая недвижимость, могут сэкономить на первоначальных затратах, используя поликристаллические солнечные панели, где большая площадь панели может компенсировать более низкую эффективность панели. Тем не менее, большая занимаемая площадь также может означать дополнительные затраты на рабочую силу, поэтому приобретение большего количества менее дорогих панелей не обязательно обходится дешевле. Хотя первоначальные затраты могут быть низкими, в конечном итоге они могут быть компенсированы снижением эффективности и более высокими операционными расходами в долгосрочной перспективе.