4.Виды солнечных батарей Монокристаллический кремний. Аморфного кремния солнечные панели
Аморфные солнечные батареи (из аморфного кремния)
Солнечные батареи начали изготавливать с 1954 г. Сначала это были фотоэлектрические элементы на основе полупроводникового кремния. Намного позже была разработана технология получения аморфных солнечных батарей. Солнечные батареи целиком не изготавливаются, а собираются из отдельных элементов, преобразующих свет в электричество.
Современная малогабаритная солнечная батарея
Единичный фотоэлектрический полупроводниковый преобразователь изготавливается из металла кремния высочайшей степени очистки. Чаще всего в технологическом процессе очистки получают кристаллический кремний в виде цилиндра диаметром несколько десятков миллиметров.Из цилиндра нарезают диски, имеющие толщину в доли миллиметра.
Кремниевые диски легируют нанесением на их поверхность различных примесей, как металлических, так и неметаллических. При этом в пластине кремния формируются зоны с разной степенью насыщенности электронами, с n-проводимостью (электронной) и «дырками» с p-проводимостью.
«Дырки» – это металл, из которого дозированными примесями удалили часть электронов и получили p-проводимость, т.е. положительную, а металл с избытком электронов имеет n-проводимость, т.е. отрицательную или электронную.
Структура кремниевого ФЭП
Комбинацией примесей, их составом, очередностью нанесения, толщиной и мн.др. в толще пластины получают p-n переходы или гетеропереходы. В результате этих процессов полупроводниковые пластины получают способность при облучении светом давать электрический ток. Так были созданы фотоэлектрические преобразователи (ФЭП).
К концу первого десятилетия 21-го века КПД кремниевых солнечных батарей промышленного производства, в зависимости от производителя, достиг величины в 28-30%. Эту величину значительно снижает (до 20-22%) нагрев от солнечного освещения, без которого обойтись невозможно.
Некоторые недостатки кремниевых элементов
Металлический кремний полупроводниковой чистоты – материал очень дорогой, т.к. при производстве он проходит множество стадий очистки.
При резке монокристалла значительная часть материала уходит в стружку – толщина пластины около 0,25 – 0,4 мм.
При облучении ФЭП светом, падающая на элемент энергия преобразуется в электричество не полностью:
- часть отражается с поверхности обратно;
- часть проходит «насквозь» без поглощения и преобразования;
- часть вызывает тепловые колебания кристаллической решетки;
- часть расходуется на рекомбинацию (взаимное уничтожение «дырки» и электрона с выделением тепла) фото-пар в поверхностном слое и т.д.
Эти явления уменьшают КПД кремниево-кристаллических ФЭП до 12-15%, иногда до 22-25%.
Производство ФЭП из аморфного кремния
Сырьем для производства являются подложки из различных материалов:
- металла, часто из нержавеющей стали;
- керамики специальных марок;
- стекла высокой степени очистки;
- кристаллов искусственного сапфира и т.п.
Сырьем для главного слоя аморфных ФЭП является силан – кремневодород. Его химическая формула Sih5. Кремний обрабатывают водородом и получают соединение типа (a-Si:H) или гидрогенизированный кремний.
Для нанесения аморфного кремния на подложку силан в закрытой камере подвергают воздействию тлеющего электрического разряда. Он испаряется, и пары кремния осаждаются на подложку. Толщина слоя около 1 мкм и менее. Температура осаждения около 250 – 400°С, поэтому для подложек можно выбрать разные материалы невысокой стоимости.
Гибкая солнечная батарея
Производство безотходное, поэтому цена продукции относительно невелика.
Процесс напыления позволяет производить ФЭП значительно большей площади, чем диски из кремния, диаметром в десятки миллиметров. Модули, изготовленные по такой технологии, могут иметь площадь до нескольких квадратных метров.
Солнечная батарея с использованием аморфного кремния на стеклянной подложке
Гибкий ФЭП на основе аморфного кремния
Особенности тонкопленочных солнечных батарей
Солнечные батареи, изготовленные из аморфного кремния, для работы не требуют облучения прямым потоком солнечного света. Им достаточно рассеянного света, например, света Солнца, закрытого облаками. В результате этого такие батареи за год вырабатывают на 10 – 15% больше электроэнергии, чем традиционные кремниевые батареи. Они работают при большой запыленности воздуха или при насыщении его аэрозолями.
Элементы малой мощности использоваться начали еще в конце прошлого века в калькуляторах, электронных часах, в карманных радиоприемниках и т.п.
Для создания тонкого слоя полупроводникового материала для солнечной энергетической панели нужно в сотни раз меньше, и это тоже уменьшает конечную цену.
Использование энергетических солнечных батарей большой мощности позволяет уменьшить зависимость от энергетических компаний, а при наличии в государстве законов по альтернативной энергетике – даже зарабатывать, подавая в промышленную сеть избыток энергии.
solarb.ru
Кремниевые солнечные батареи из аморфного кремния
Кремниевые солнечные батареи, основу которых составляет аморфный кремний, являются результатом технологического совершенствования методик изготовления солнечных элементов. Это, преимущественно, тонкопленочные модели. Если сравнивать их с «классическими» на основе кристаллов, технологии их изготовления имеют существенные отличия. Аморфный кремний, вещество, которому можно придать любую желаемую форму — парообразующий гидрид. Его горячие пары остаются на подложке, а образования обычных кристаллов не происходит. Это обеспечивает резкое снижение производственных затрат.
Аморфный и кристаллический кремний: главное отличие
Аморфные солнечные панели обладают существенным отличием от моно- и поликристаллических. Оно заключается в том, что прямой поток света, исходящий от Солнца, таким батареям не требуется. Они прекрасно генерируют рассеянный свет, исходящий от светила, которое закрыто облаками.
Благодаря гибкости, на них легко наносятся современные полупроводниковые элементы. Они могут эффективно работать в условиях сильной загазованности воздушной среды. Или на производстве, где воздух, по тем или иным причинам, перенасыщен аэрозольными веществами.
Из истории создания
Это может показаться удивительным, но сейчас уже начинают активно совершенствовать третье поколение таких панелей.
Коротко обо всех трех можно рассказать таким образом:
- Поколение №1 — солнечная батарея с одним переходом. Минус — срок работы не более десяти лет и низкая производительность с 5%-м КПД.
- Поколение №2 — также элементы с одним переходом, но срок работы стал вдвое больше — 20 лет, а КПД увеличился до 8.
- Поколение №3 — высокоэффективные тонкопленочные батареи с КПД до 12%. Могут работать еще более длительное время. Считается, что они имеют в перспективе очень большое будущее.
Кстати, благодаря широким возможностям технологии, кремниевый слой напыляется и на жесткое, и на гибкое основание. Именно поэтому в тонкопленочных моделях напыление применяется чаще всего. Хотя стоят они, конечно, очень дорого.
Аморфные солнечные батареи обладают удивительной способностью к поглощению неяркого, рассеянного светового потока. Они активно применяются в тех регионах, где преобладает прохладная и пасмурная погода. При высоких температурах они не теряют уровня своей производительности. Хотя панели из арсенида галлия по-прежнему их в этом превосходят.
Подводя итоги: достоинства аморфных аккумуляторов и их дальнейшие перспективы
Итак, кремниевые солнечные батареи с уникальным свойством аморфности имеют следующие перспективные преимущества:
- Меньше нагреваются при высокой температуре. Следовательно, не теряют производительности, перерабатывая большее количество электроэнергии. Эффективность кристаллических модулей при сильном нагреве, как известно, резко снижается, со значительной потерей мощности.
- Больше вырабатывают энергии при слабом уровне света. Кристаллические солнечные батареи в условиях рассеянного светового потока уже могут перестать работать вообще. Аморфные модули в условиях дождя и облачности накапливают на 10-20% больше энергии.
- Они почти незаметны на зданиях. Размер их минимален, а внешний вид, похожий на пленку или тонкое стекло, легко можно скрыть или замаскировать.
- У них минимум брака, так как производство гораздо более простое. Кристаллические же модули свариваются между собой методом пайки. И это — до сих пор их слабое место, которое исправить невозможно.
- Они лучше переносят временное или частичное затенение и теряют при этом меньше мощности.
На фоне всех неоспоримых преимуществ недостаток у таких панелеи всего один, но пока еще весьма существенный. КПД у них, в любом случае, меньше, чем у кристаллов — как минимум, в 2 раза. Это является основным препятствием для их широкого применения.
Сфера применения
Несмотря на меньший показатель КПД, по сравнению с кристаллическими солнечными аккумуляторами, аморфные модели уже постепенно находят достойную нишу применения.
Как уже было отмечено, их рекомендуется использовать там, где часто наблюдается облачная и пасмурная погода. Они будут неплохо работать в условиях рассеянного или отраженного света. Также годятся они и для жаркого климата, так как лучше переносят нагревание и теряют при этом меньше мощности.
При необходимости интеграции аккумуляторов в здание такой вариант становится просто незаменимым, так как при первом взгляде от тонированных стекол их не отличить. Они дают широкий простор дизайнерским и архитектурным решениям, если речь идет о современных зданиях, в конструкцию которых они прекрасно впишутся. Это отличная отделка фасадов, которые при желании могут быть частично прозрачными.
Уровень деградации у аморфных модулей аналогичен кристаллическим. Считается, что за десятилетний период применения показатель их мощности снизится только на 10% (по одному проценту в год), со сроком работы до 25 лет. Конечно, они не могут быть использованы в качестве постоянных источников энергии. Но роль альтернативных ее накопителей выполняют очень даже неплохо.
batteryk.com
Аморфные солнечные батареи, описание, характеристики
Развитие технологии производства аморфных кремниевых солнечных батарей постепенно приводит к переориентации рынка фотоэлектрических модулей в пользу этой разновидности. Наибольшее распространение ввиду дешевизны получили устройства второго поколения. При аналогичной с кристаллическими батареями мощности для их производства требуется в 10 раз меньше кремния. Третье поколение многопереходных тонкоплёночных элементов демонстрирует эффективность работы до 12% при увеличенном сроке эксплуатации.
Преимущества аморфных тонкоплёночных солнечных батарей
Гибкие фотоэлементы на основе кремния в сравнении с кристаллическими аналогами имеют ряд преимуществ:
- выигрыш в производительности в условиях повышенных температур. В тёплое время года кристаллические элементы снижают эффективность, в этот период более производительным оказывается аморфный кремний, солнечные батареи из которого менее подвержены влиянию нагрева;
- способность к выработке электричества при низком уровне освещённости. Выигрывают у кристаллических конкурентов в периоды слабой активности Солнца — сумерки, пасмурная погода, дождь или снегопад;
- возможность скрытной установки;
- меньшая стоимость единицы произведённой энергии благодаря снижению затрат на производство оборудования;
- простота и технологичность производственного процесса. Отсутствие соединительной пайки отдельных компонентов снижает количество бракованной продукции;
- незначительная толщина и повышенная гибкость упрощают установку, замену и обслуживание;
- меньшее влияние затенения. Аккумуляторы этого типа теряют незначительное количество выработки из-за затенения поверхности и попадания грязи, тогда как модули на основе кремниевых кристаллов снижают производительность на 25%.
Недостатки аморфных тонкоплёночных солнечных батарей
Основной негативной особенностью использования таких элементов, как аморфный кремний солнечные батареи является низкий показатель эффективности, в идеальных условиях КПД панелей на основе аморфного кремния в два раза ниже, чем у аналогичных поликристаллических модулей. Однако, по среднему значению КПД в условиях практического применения превосходство последних снижается.
Для защиты обеих сторон крупных модулей в большинстве случаев используется стекло. В результате некоторым ограничением для применения становится итоговая масса панелей. Однако, развитие производства модулей на гибкой основе постепенно нивелирует этот недостаток.
Сферы применения аморфных солнечных панелей
Использование рассматриваемых плёночных модулей рекомендовано при наличии следующих факторов:
- повышенная облачность в регионе установки;
- жаркая погода, в условиях которой панели разогреваются до 50-60 С;
- отсутствуют ограничения по площади и массе устройства;
- необходима интеграция модулей непосредственно в строение. Тонкоплёночные аккумуляторы отличаются от кристаллических возможностью установки в окна вместо стёкол и на фасады зданий, благодаря чему открываются новые варианты дизайна и конструкторских решений в строительстве;
- необходим определённый процент прозрачности элементов. Для установки в оконных проёмах панели изготавливаются с показателями прозрачности от 5% до 20%. При этом теряется соответствующий процент вырабатываемой энергии.
Дополнительной областью применения аккумуляторов такого типа является швейная промышленность, благодаря гибкости элементов их используют в качестве вспомогательных материалов для пошива эксклюзивной одежды и сумок.
Уровень деградации солнечных батарей из аморфного кремния
Скорость изнашивания плёночных панелей поддерживается на уровне кристаллических аналогов. Производители гарантируют снижение производительности на 10% и менее в течение 10 лет работы, и на 20% и менее в течение 25 лет.
Рекомендуем прочесть:
www.solar-battery.com.ua
4.Виды солнечных батарей Монокристаллический кремний
Наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно-синего или почти черного цвета. Скозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +25 °С).
Производительность таких солнечных панелей за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается, по некоторым данным на пол-процента в год, а общий заявляемый срок службы таких панелей у хороших производителей составляет обычно 40-50 лет.Действительно ли монокристаллические солнечные панели служат так долго? На самом деле большинство солнечных панелей, используемых сегодня не работали 50 лет. В распоряжении нашей компании есть солнечная панель, которая работает свыше 10 лет и еще не показала видимого снижения мощности. Исследования компании Brightstar Solar (2009) показали, что произведенные 40 лет назад монокристаллические солнечные панели до сих пор работают и их мощность составляет около 80% от изначальной. Так что на сегодня монокристаллические солнечные панели - это самый надежный источник получения электроэнергии от солнца.
Поликристаллический кремний
Технология принципиально не отличается от монокристаллических элментов, но разница состоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 14 до 15%. Тем не менее эти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что и монокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается цена производства.В России перспективнее все же использовать монокристаллические панели, поскольку при неразвитости собственного производства и больших расстояниях целесообразнее ввозить и транспортировать более эффективные панели.
Ленточный кремний
Принципиально такой же как и предыдущие типы, отличается лишь тем, что кремний не нарезается от кристалла, а наращивается тонким слоем в виде ленты. Антибликовое покрытие дает радужную окраску таким панелям. Эта технология не смогла завоевать рынок, занимая на нем лишь около 2% и постепенно снижается. В России почти не встречается.
Аморфный кремний
В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца у худших производителей. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год-два такой элемент перестает давать энергию. Распознать такую панель на вид можно по более блеклому сероватому или темному цвету непонятных оттенков.Бывают ли качественные солнечные панели из аморфного кремния? Бывают. При этом стоят дороже и продавцы описывают их в восторженных тонах. Тем не менее по эффективности и срокам службы самые качественные панели из аморфного кремния не могут сравниться с моно или поликристаллическими. Эффективность панелей из аморфного кремния - 6-9%, то есть для получения такого же количества энергии по сравнению с монокристаллическими панелями требуется в два-три раза больше площадь. Срок службы может составлять 10-15 и более лет, но за это время мощность значительно падает. Как правило производители заявляют для панелей из аморфного кремния заниженную мощность, которая ниже чем фактическая. Но за счет деградаци и падения мощности в первые несколько месяцев эти значения постепенно выравниваются.Панели из аморфного кремния лучше всего использовать в пустынях, где много солнца и много места. Для частных проектов на ограниченной территории монокристаллические панели оказываются выгоднее, поскольку служат гораздо дольше и занимают гораздо меньше места.
studfiles.net
аморфный кремний | Пелинг Инфо солнечные батареи
Вот тот самый долгожданный день и то самое КПД микроморфных солнечных панелей HEVEL HV135, о котором все так часто говорят, но к сожалению, это время когда панели выдают хорошие показатели на весь год не распространяются. Все дело именно в конструкции солнечных панелей. Итак, это мое мнение и мои замеры, и данные которые я получил на панелях, которые купил за свои личные деньги. Ну это для любителей всего проплаченого и сказочного. Как я и говорил, панели не работают в мороз и это доказывают все данные, что я получал на протяжении зимней эксплуатации. Ну как они не работают, работают, но выдаваемая мощность в разы ниже ожидаемой.
Поделиться ссылкой:
Кто-то скажет круто, кто-то может даже позавидует, но я откровенно скажу лично из своего опыта, это не те солнечные панели, которые нужно ставить. Пусть кто-то рассказывает сказки про их эффективность. Или про огромную получаемую мощность с этих солнечных панелей. Лично из моего опыта, то что я с них получал и получаю – это в разы меньше ожидаемого. И как бы кто не говорил, меньше даже чем с поликристалла, а так как с моно я получал меньше чем с поли, несложно догадаться что особого выигрыша в этих панелях не будет.
Самый огромный на мой взгляд минус, это их размер, отношение ватт на сантиметр, что у пленочных панелей гораздо больше, чем обычного кремния. А значит, чтоб выжать больше мощности по сравнению с поли или моно панелями нам потребуется в 2.5 раза больше пространства чтобы выжать аналогичную мощность пленочными солнечными панелями.
Поделиться ссылкой:
Мы с вами уже привыкли, что все солнечные панели разные и уже не существует никаких гостов как по профилю, так и по самим элементам, так и по размерам полотна панели. Но пришло время двигаться дальше и запомнить еще одно отличие солнечных модулей. Мало кто знает, что солнечных панелей одинаковых не бывает и все солнечные панели даже если имеют какие-то одинаковые показатели на стикере на самой панели, это лишь приблизительные данные. Некоторые производители, чтоб не штамповать наклейки с разными данными, пишут, что у солнечной панели есть погрешность. Ну, а вот на солнечных панелях HEVEL HV135 есть отличительная особенность, в отличии пока от всех остальных солнечных панелей, что я увидел. А именно, все эти солнечные панели имеют непосредственно на самих стикерах данные, которые относятся непосредственно для конкретной солнечной панели.
Поделиться ссылкой:
В данном коротком видео я покажу вам наглядно отличие в температурном диапазоне трех типов солнечных панелей. Для тех, кто не знает, но температура это главный враг солнечных панелей, она даже страшнее чем короткое замыкание. Именно при высоких температурах, неважно какой тип панели, деградация фото слоя происходит гораздо быстрее, и в конце концов – это приводит к падению коэффициента полезного действия солнечных панелей.
Поделиться ссылкой:
В данном видео я вам покажу, как я приклеил солнечные панели Hevel HVL 105. А также минусы этого способа и напрасную трату денег. Вообще, пусть что кто не говорит, но трата денег в микроморфный кремний, это уже трата их на ветер и про это я расскажу как-нибудь в будущих видео. Отсюда, чем дороже конструкция и крепеж для данных солнечных панелей, тем трата денег все выше и выше. Да, панели стоят достаточно дешево, но если делать все по уму, то и цена будет дороже, чем из привычного нам кремния.
Поделиться ссылкой:
Солнечные панели из аморфного кремния Hevel HVL 105 я приобретал в Новосибирске в розницу тут https://nsk-electro.ru/shop/159/desc/hevel-solar-hvl-105 . Ну что, каркас с горем пополам наконец-то собран и частично усилен. Позже еще дополнительно усилю конструкцию. В данный момент суммарный ее вес достигает 80 кг. Это считая вместе с брусом, который я использую как направляющие для укладки на них солнечных панелей.
Поделиться ссылкой:
Наконец-то, основная конструкция моей системы собрана, и пришло время приступить к сборке третьей системы из солнечных панелей из аморфного кремния, а именно Hevel HVL 105. Первым этапом я приступил к подготовке материала для сварки рамы. Так как у меня заранее были куплены уголки именно под эти солнечные панели, то и изготавливать раму я буду под них из уголка. Солнечные панели Hevel HVL 105 , будут вклеиваться в уголки, после укладки их внутрь коробки.
Поделиться ссылкой:
В очередной прямой трансляции я делюсь тем, зачем я приобрел данные панели. Ну и, соответственно, подобных обзоров нет в нормальном качестве и чтоб не реклама была. В общем, теперь есть на чем проводить эксперименты и это главное. По данным панелям хочу сказать, что особой разницы у аморфного кремния нет между собой, так как технологии сильно не отличаются. Сравнивать аморфный кремний на подобие, как моно с поли смысла особого нет, дабы полученные данные, зависят только от партии или от фирмы производителя, впрочем как и всегда.
Поделиться ссылкой:
В данном видео идет первое ознакомление с солнечными панелями, которые производят в России, но выполнены на швейцарском оборудовании. Еще продажи данных солнечных панелей в России толком нет. Единственный и первый человек, который смог договориться о поставка солнечных панелей Hevel HVL 105 в Новосибирск, является фирма nsk-electro.ru. Данная фирма находится в Новосибирске,
Поделиться ссылкой:
peling.ru
Солнечная фотовольтаика. Конструкции солнечных ячеек
Раздел 3. Солнечная фотовольтаика
1. Введение2. Понятие «фотовольтаика»3. Кремниевые солнечные ячейки: основные принципы4. Монокристаллические ячейки кремния5. Поликристаллический кремний6. Арсенид галлия
7. Тонкие модули солнечных батарей
7.1. Аморфный кремний
Солнечные ячейки могут быть изготовлены очень тонкими при использовании аморфного кремний (a-Si), в котором атомы кремния атомы расположены намного менее плотно, чем в кристаллических формах, описанных ранее. В a-Si не каждый атом кремния плотно связан с кристаллической структурой, некоторые остаются в так называемом «подвешенном» состоянии и могут поглощать дополнительные свободные электроны в состоянии возбуждения, что делает любой p-n переход неэффективным.
Однако, эта проблема преодолима в значительной степени в процессе производства a-Si. Газ, содержащий кремний и водород (как например SiHJ, с небольшим количеством катализатора, например бора), напыляет кремний тонким слоем на подложку. Водород в газе нужен как донатор электронов, которые перейдут на свободные электронные орбиты кремния, образуя прочную связь из кремния и водорода. Частично его присутствует в газе также увеличивает проводимость материала.
Ячейки солнечных батарей с a-Si реализуют несколько другой тип перехода между p- и n-материалами. Так называемый переход «p-i-n» содержит чрезвычайно тонкий слой a-Si p-типа на поверхности, далее под ним следует более толстый неактивированного a-Si слой (i), и последний, нижний очень тонкий слой a-Si n-типа. Структура эта показана на рисунке:
Структура аморфной кремниевой ячейки. Верхний электрический контакт сделан из электрического проводника, но с тонким слоем оксида на стекле. Диоксид кремния формирует тонкий «барьерный слой» между стеклом и оксидом олова. Нижний контакт сделан из алюминия. В промежутке - слои p-типа, основной и аморфный кремний n-типа.
Перевод надписей. Свет. Стекло. Диоксид кремния. Верхний тонкий кондуктивный слой оксида олова. Р-тип. Аморфный кремний. N-тип. Алюминий. Нижний слой, контакт.
Во всем объеме создается эффект, подобный таковому в кристаллическом кремнии, особенно в ленточном промежутке, хотя там он менее выражен, менее концентрирован.
Аморфные кремниевые ячейки намного дешевле, чтобы производить, чем сделанные из кристаллического кремния. a-Si в результате значительно лучше поглощает свет, используется в меньшем объеме, поэтому и дешевле. Производится он при значительно более низких температурах, чем кристаллический кремний, поэтому при производстве расходуется меньше энергии, что важно при продолжительном производстве суммарно. Это также позволяет изготавливать ячейки большего размера из жесткого и гибкого материала – стали, стекла или пластика.
Но производимые сейчас ячейки с a-Si значительно менее эффективны современных поликристаллических аналогов. Максимально эффективные однопереходные, маленькие ячейки дают около 12%. Через несколько месяцев использования однопереходных ячеек из-за пребывания на солнце a-Si модули начинают разрушаться, и эффективность падает с начальных 6-10% до 4-8% и стабилизируя около этого значения.
Производители активно работали над решением проблемы деградации ячеек a-Si. Одно из предложенных решений - разработка многопереходных устройств (будут описаны дальше). Аморфные кремниевые ячейки уже широко используются в качестве энергетических источников для разнообразных потребительских изделий (как, например, калькуляторы), где требования к эффективности не так уж высоки, и всех устраивает относительно низкая стоимость.
7.2. Другие технологии производства тонких модулей
Аморфный кремний – далеко не единственный материал для производства тонких блоков солнечных батарей. Среди других многообещающих - полупроводники, в частности: CuInSe2, CIGS и CdTe. Модули, основанные на этих технологиях, имеют небольшие объемы производства.
В лабораторных условиях установлена наибольшая эффективность для тонких ячеек из CIGS - около 17%. Производимые промышленно ячейки из CIGS имеют стабильную эффективность 10% CIGS. Речь идет о продукции Shell Solar (Шел Солар), США, и Wirt Solar (Вирт Солар), Германия.
Модули с теллуридом кадмия могут быть изготовлены с применением относительно простого и недорогого процесса гальванизации. Ленточный промежуток CdTe близок к оптимальному, эффективность достигает 10%, не подвержены деградации, как это происходит с ячейками a-Si. Однако модули, содержащие кадмий, чрезвычайно ядовитую субстанция, так требуют особых условий, с мерами предосторожностей. BP Solar (Би Пи Солар), дочернее предприятие нефтекомпании BP (Би Пи), начала производство модулей с CdTe, но отказалсь от производства в 2002 году, объяснив это нежеланием клиентов верить уверениям в безопасности. Японская фирма Mаtsushitа (Матсцушита) также отказалась от производства CdTe в 2002 году, но американская компания First Solar Inc. (Фест Солар Инк.) продолжает производить модули с CdTe.
8. Мультипереходные солнечные батареи
Один из путей повышения конверсионной эффективности ячеек и модулей – многослойный мультипереход, в котором 2 и более слоев, каждый из которых извлекает свою часть энергии из спектра поступающего света. Слои дополняют друг друга. Ячейки с двумя слоями часто называют «тандемными» устройствами.
Ленточный промежуток аморфного кремния, например, может быть увеличен путем сплавления с углеродом – так, чтобы конечный продукт отвечал на голубой конец спектра. Получение сплава с германием, с другой стороны, уменьшает ленточный промежуток, так что материал лучше отвечает на красный конец спектра.
Обычно широкий ленточный переход a-Si должен быть наверху, поглощая высокоэнергетические фотоны голубого конца спектра, далее следует тонкий слой a-Si перехода, в котором тоже есть ленточный промежуток, поглощающий энергию более низких частот, которые ближе к красному концу спектра:
Структура многопереходной (мультипереходной) аморфной кремниевой ячейки.
Перевод надписей. Свет. Стекло. Диоксид кремния (SiO2). Верхний кондуктивный слой оксида олова. р-тип. Аморфный кремний с допустимым содержанием углерода. n-тип. р-тип. Аморфный кремний. n-тип. р-тип. Аморфный кремний с допустимым содержанием германия. n-тип. Индий-олово-оксид. Серебро. Нижний контакт..
Модули с мультипереходом, использующие аморфный кремний, имеющие эффективностью около 8%, производятся такими компаниями, как Unisolаr (Унисолар) и RWE. Ячейки различных типов могут также использоваться вместе в одном устройстве, как в «Hybrid HIT» (Гибрид ХИТ) модуле производства Sаnyo (Санье), в котором тонкий монокристаллический слой зажат между двумя аморфными кремниевыми слоями. Благодаря этому достигается высокая конверсионная эффективность с маленьким расходом материала и энергии. Еще один пример - тандемный модуль, производимый компанией Kаnekа (Канека), Япония, в котором верхний слой аморфного кремния сочетается с тонким слоем «микрокристаллического» кремния (размер кристаллов менее чем один микрометр в диаметре).
9. Концентрационные ФВ системы
Другим способом получения большей выхода энергии является использование зеркал или линз для концентрации поступающей солнечной энергии к ячейкам в солнечных тепловых двигателях. Это дает преимущество, так как требуются более мелкие ячейки. Ячейки удается уменьшить в несколько сот или тысяч раз. Концентрирующая система должна иметь апертуру, равную массиву эквивалентной пластины, чтобы собрать такое же количество поступающей энергии. В концентрационных системах ячейки обычно нужно охлаждать, активно или пассивно, чтобы предотвратить перегревание.
Системы с самыми высокими показателями концентрации имеют поворотные двигатели и комплексные датчики, позволяющие отслеживать положение солнца - азимут (горизонтальная ориентация) и наклонение, так что ячейки всегда получают максимальное количество солнечной энергии. Системы с низкими концентрационными свойствами часто отслеживают солнце только на одной оси и могут иметь более простые отслеживающие механизмы.
Большинство концентраторов могут использовать только прямое солнечное освещение. Это проблема в странах подобно Великобритании, где почти половина солнечного излучения рассеивается. Однако, некоторые нешаблонные проекты концентраторов позволяют собрать дополнительно часть рассеянного света, в дополнение к прямому свету (см. Boes и Luque, 1993).
10. Кремниевые сферы
Американская фирма Texas Instruments (Техас Инструментс) пошла по другому пути в создании ячеек солнечных батарей - использовала крошечные, размером для миллиметра, сферы поликристаллического кремния, уложенных с регулярными промежутками между тонкими листами алюминиевой фольги. Среди преимуществ этого подхода – возможность использовать кремний невысокой очистки. Низкосортный кремний используется в качестве стартового материала. При выплавке сфер загрязнители путем диффузии выходят на поверхность сфер. Получившиеся листы для солнечных батарей очень гибкие, что является преимуществом в некоторых устройствах:
Технология поставлена на коммерческую основу канадской фирмой Automation Tooling Systems Inc. (Аутомайшен Тулинг Системз Инк.), который строит солнечные батареи с пиковымы мощностями до 20 мегаватт.
11. Фотоэлектрохимические ячейки
Радикально отличающийся от существующих, фотоэлектрохимический способ получения дешевого электричества от солнечных батарей был изобретен исследователями Швейцарского федерального института технологии в Лозанне. (Строго говоря, фотоэлектрохимические устройства - не фотовольтаика: этот термин подразумевает устройства, выдерживающее высокую нагрузку. Электрохимические устройства содержат жидкости. Идея использования электрохимических для производства электричества из солнечного света не нова – как вы знаете, первые такие устройства на жидкостной основе создал Беккерель.
Швейцарские исследователи под руководством профессора Майкла Гратзеля (Michael Gratzel) создали устройства, более дешевые в производстве и более эффективные. Они состоят из двух тонких стеклянных пластин, которые покрывают тонким, прозрачным, электропроводным слоем оксида олова:
Принцип действия фотоэлектрохимических «гратзелевских ячеек», созданных в Швейцарском Федеральном Институте Технологии, в Лозанне.
Перевод надписей: Свет. Стекло. Текущий ток. Оксид олова. Электролит. Окисление и восстановление. Диоксид титана. Чувствительный слой. Оксид олова. Стекло.
К одной пластине добавлен тонкий слой диоксида титана (Ti02), который является полупроводником. Поверхность Ti02 шероховатая, что увеличивает светопоглощение.
В непосредственной близостью с поверхностью, покрытой Ti02, находится фоточувствительный слой из рутений или осмия толщиной в один атом. Вместе эти вещества образуют «комплекс металлотранзита». Между чувствительным Ti02 и второй стеклянной пластиной располагают более толстый слой электролита на основе йода.
При поглощении фотона подходящей длины волны светочувствительный слой передает электрон в группу проводимости диоксида титана, затем на нижний электрод, затем на внешние проводники, где те выполняют работу произведенной электроэнергией. Затем электроны возвращаются через верхний электрод, запуская процесс обратимого окисления в слое, содержащем йод. Затем электроны поступают к слою Ti02, что продолжает процесс «по кругу».
Швейцарская команда заявляла, что достигла эффективности 10% при полном солнечном свете и с сохранением ячеек стабильными долгое время. Однако некоторые исследователи не верят этому. Первые ячейки по такой технологии были изготовлены небольшими партиями в STI (Эс Ти Ай), в Австралии, и Greatcell Solar SA (Грейтсэл Солар Эс Эй), в Швейцарии. (См. Grаtzel и соавт., 1989; Grаtzel, 2001; O 'Regan и соавт., 1991, 1993.)
12. «Третье поколение» ФВ ячеек
В результате исследований появился новый класс технологий фотовольтаики, названный «третьим поколением» (блоки монокристаллов – первое, тонкие блоки - второе). Эти устройства в основном основаны на нанотехнологиях - технологиях, которые манипулируют молекулами и атомами в чрезвычайно маленьких масштабах, измеряемых в нанометрах (nm), m-9. Наночастицы в данном случае - «нанокристаллы», состоящие из чрезвычайно маленьких скоплений атомов полупроводящего материала, «квантовых точек».
В 2001 году Дрессельхаус (Dresselhаus) и Томас (Thomas) обнаружили целый новый класс материалов – нанокристаллов, квантовых точек, наноструктурных проводящих полимеров. Эти ячейки обычно содержат наночастицы с распределением по размерам и по ширине электронных ленточных промежутков. Промежутки определяют, какие длины волн могут быть поглощены. Это распределение позволяет поглощать всю энергию всего спектра солнечного света. Если такие ячейки смогут производить дешево, с оптимизированным распределением наночастиц и промежутков, это будет идеальная солнечная батарея. Это направление разработок еще очень молодо, но очень быстро развивается.
В конечном счете, если разработка ячеек третьего поколения будет успешной, то можно будет производить солнечную электроэнергию очень дешево и высокоэффективно. Например, с помощью сложенных в стопку пластмассовых листов.
В следующем посте поговорим про электрические характеристики кремниевых ФВ ячеек и модулей, изолированные и соединенные с электросетями ФВ ячейки.
Также рекомендую: Перспективы развития возобновляемой энергетики
.
universal-inf.livejournal.com
из аморфного кремния | Пелинг Инфо солнечные батареи
Вот тот самый долгожданный день и то самое КПД микроморфных солнечных панелей HEVEL HV135, о котором все так часто говорят, но к сожалению, это время когда панели выдают хорошие показатели на весь год не распространяются. Все дело именно в конструкции солнечных панелей. Итак, это мое мнение и мои замеры, и данные которые я получил на панелях, которые купил за свои личные деньги. Ну это для любителей всего проплаченого и сказочного. Как я и говорил, панели не работают в мороз и это доказывают все данные, что я получал на протяжении зимней эксплуатации. Ну как они не работают, работают, но выдаваемая мощность в разы ниже ожидаемой.
Поделиться ссылкой:
Внимание, не повторять без навыка супер героя, я не несу ответственности за вашу безграмотность в случае каких-то проблем, на что в видео есть предупреждения. Ролик снимается профессионалом! В данном видео я вам покажу отказ аккумулятора в моей солнечной электростанции, из-за которого в акб пропала емкость. А также, расскажу причины, следствия и как выявить проблему с акб. Так же, самое главное, я вам покажу все способы диагностики выявления проблем с АКБ, которыми я пользуюсь.
Поделиться ссылкой:
Кто-то скажет круто, кто-то может даже позавидует, но я откровенно скажу лично из своего опыта, это не те солнечные панели, которые нужно ставить. Пусть кто-то рассказывает сказки про их эффективность. Или про огромную получаемую мощность с этих солнечных панелей. Лично из моего опыта, то что я с них получал и получаю – это в разы меньше ожидаемого. И как бы кто не говорил, меньше даже чем с поликристалла, а так как с моно я получал меньше чем с поли, несложно догадаться что особого выигрыша в этих панелях не будет.
Самый огромный на мой взгляд минус, это их размер, отношение ватт на сантиметр, что у пленочных панелей гораздо больше, чем обычного кремния. А значит, чтоб выжать больше мощности по сравнению с поли или моно панелями нам потребуется в 2.5 раза больше пространства чтобы выжать аналогичную мощность пленочными солнечными панелями.
Поделиться ссылкой:
Мы с вами уже привыкли, что все солнечные панели разные и уже не существует никаких гостов как по профилю, так и по самим элементам, так и по размерам полотна панели. Но пришло время двигаться дальше и запомнить еще одно отличие солнечных модулей. Мало кто знает, что солнечных панелей одинаковых не бывает и все солнечные панели даже если имеют какие-то одинаковые показатели на стикере на самой панели, это лишь приблизительные данные. Некоторые производители, чтоб не штамповать наклейки с разными данными, пишут, что у солнечной панели есть погрешность. Ну, а вот на солнечных панелях HEVEL HV135 есть отличительная особенность, в отличии пока от всех остальных солнечных панелей, что я увидел. А именно, все эти солнечные панели имеют непосредственно на самих стикерах данные, которые относятся непосредственно для конкретной солнечной панели.
Поделиться ссылкой:
Занимаясь делами до утра, я случайно заметил, что контроллер Синбоу мигает статусным индикатором, что идет процесс заряда. Это меня сильно удивило, так как еще были на улице сумерки и луна и то ярче светила, чем где-то там солнце, восход которого по часовому поясу должен был состоятся через 50 минут. Я взял в руки тестер и решил сделать замер, просто первый раз наблюдаю подобную картину в столь ранний час. В голове мелькала мысль контроллер наверно вышел из строя, что так не адекватно реагирует ночью на отсутствие солнечного света. Но когда я подключил
Поделиться ссылкой:
В данном коротком видео я покажу вам наглядно отличие в температурном диапазоне трех типов солнечных панелей. Для тех, кто не знает, но температура это главный враг солнечных панелей, она даже страшнее чем короткое замыкание. Именно при высоких температурах, неважно какой тип панели, деградация фото слоя происходит гораздо быстрее, и в конце концов – это приводит к падению коэффициента полезного действия солнечных панелей.
Поделиться ссылкой:
Солнечные панели микроморфный кремний, три панели соединенных последовательно 190-210 вольт пелинг. Напряжение, с которым я работаю и экспериментирую, постоянное, и составляет в холостом режиме до 210 вольт. Внимание: не рекомендую подобное повторять, дабы постоянное высокое напряжение опасно для вашей жизни. Данный ролик снимался с познавательной точки зрения, чтобы провести все мыслимые и немыслимые эксперименты, чтобы вам не пришлось что-то подобное делать самому, тем самым подвергать опасности вашу жизнь!
Поделиться ссылкой:
В данном видео я вам покажу, как я приклеил солнечные панели Hevel HVL 105. А также минусы этого способа и напрасную трату денег. Вообще, пусть что кто не говорит, но трата денег в микроморфный кремний, это уже трата их на ветер и про это я расскажу как-нибудь в будущих видео. Отсюда, чем дороже конструкция и крепеж для данных солнечных панелей, тем трата денег все выше и выше. Да, панели стоят достаточно дешево, но если делать все по уму, то и цена будет дороже, чем из привычного нам кремния.
Поделиться ссылкой:
Солнечные панели из аморфного кремния Hevel HVL 105 я приобретал в Новосибирске в розницу тут https://nsk-electro.ru/shop/159/desc/hevel-solar-hvl-105 . Ну что, каркас с горем пополам наконец-то собран и частично усилен. Позже еще дополнительно усилю конструкцию. В данный момент суммарный ее вес достигает 80 кг. Это считая вместе с брусом, который я использую как направляющие для укладки на них солнечных панелей.
Поделиться ссылкой:
Наконец-то, основная конструкция моей системы собрана, и пришло время приступить к сборке третьей системы из солнечных панелей из аморфного кремния, а именно Hevel HVL 105. Первым этапом я приступил к подготовке материала для сварки рамы. Так как у меня заранее были куплены уголки именно под эти солнечные панели, то и изготавливать раму я буду под них из уголка. Солнечные панели Hevel HVL 105 , будут вклеиваться в уголки, после укладки их внутрь коробки.
Поделиться ссылкой:
peling.ru
