Как устроены и где используются гибкие солнечные панели? Панели солнечных батарей
отличия тонкопленочных батарей, плюсы и минусы
Гибкие солнечные панели — один из новых, альтернативных источников энергии. Как и жесткие модели, они обладают способностью накапливать и перерабатывать энергию, поступающую от Солнца. Многие люди искренне удивляются, когда впервые слышат о том, что солнечные элементы могут быть гибкими и занимать минимальное количество места. Покупателей также интересует, чем они отличаются друг от друга. Различия, безусловно, есть, но они не столь существенны, как кажется на первый взгляд.
Разница между жесткой и гибкой конструкцией
Как известно, обычные монокристаллические и поликристаллические модели производятся из кремниевых кристаллов. Материал разрезается на пластины, которые могут быть разных размеров. Толщина пластины в жесткой конструкции составляет 0,3 миллиметра. Она наклеена на основание из стеклотекстолита, а снаружи покрывается надежным герметиком. Жесткая солнечная панель очень хрупкая и часто занимает много места.
В свою очередь, гибкие солнечные батареи имеют некоторые конструкционные отличия. Определенный уровень гибкости достигается засчет изготовления и применения специальной стальной ленты, на которую напыляется кремний либо другое вещество — тонким слоем, несколько раз подряд. Выглядит такая панель в виде прочной пленки, поэтому элементы так и называются — пленочные. Далее следует прикрепление электродов и ламинирование. Получившуюся модель можно изогнуть в любую удобную сторону, а при необходимости — аккуратно скрутить в рулон. Если она сложена, ей понадобится чехол или футляр.
В разложенном виде тонкопленочные солнечные батареи обладают завидной прочностью — по причине гибкости стальной основы. Уже разработаны портативные переносные варианты: все их составные части просто нашиваются на основу, а саму панель можно легко сложить в форме гармошки.
Отличие таких необычных элементов питания от жестких вариантов заключается в том, что конструкция частично состоит из полупроводников, изготовленных из меди-индия. Также для их создания используются теллурид кадмия и селенид, а сами полупроводники, как уже отмечалось, прикрепляются на пленку.
Немного из истории технологии
Несмотря на то, что сейчас такие панели стоят недешево, себестоимость при их производстве невысока. Поэтому в ближайшее время есть шансы как снижения цены, так и выхода их в лидеры по сравнению с жесткими вариантами.
Тонкопленочные солнечные батареи легки, эластичны, их можно разместить везде, даже на одежде, если есть такая необходимость. Что касается полупроводников, входящих в состав их конструкции, они уже давно используются при производстве современных тонких и легких гаджетов — смартфонов, планшетов, ноутбуков. Чем больше энергии нужно, тем больше должна быть и площадь панели. Однако солнечная батарея, гибкая основа которой имеет очевидные преимущества перед жесткой, не займет много места.
Что касается коэффициента полезного действия, невзирая на его скромные показатели, он постоянно улучшается при производстве. Так, самые первые гибкие солнечные батареи имели в своей основе аморфный кремний, который наносился на подложку. КПД их был невысок, от 4 до 5%, а работали они минимальное количество времени. Далее производителям удалось повысить КПД солнечных батарей в два раза, до 8%, а срок работы панелей постепенно стал таким же, как и у жестких предшественниц. Последнее поколение разработок имеет КПД уже 12%. По сравнению с первым опытом, это уже очевидный прогресс.
Известно, что гибкая солнечная панель является самой перспективной, если для ее изготовления применяется теллурид кадмия. Он прекрасно поглощает свет и был подробно исследован еще в 70-х годах прошлого столетия, когда речь шла об освоении космического пространства. Долгое время исследователи сомневались в том, токсичен он или нет. Сейчас уже выяснено, что в быту он не является опасным. КПД таких гибких панелей составляет около 11%, а цена за 1 ватт электроэнергии оказалась на одну треть меньше, чем у аналогов на кремниевой основе.
Преимущества и недостатки
Тонкопленочные солнечные батареи имеют высокий уровень производительности даже в том случае, если наблюдается только рассеянный солнечный свет. Если в регионе преобладает количество пасмурных дней, именно такой вариант является предпочтительным перед жесткими кремниевыми панелями.
Пленка эффективна и в странах с жарким климатом, так как она обладает стойкостью и долго выдерживает жару. Она может стать не только источником альтернативной энергии, но и послужить интересным дизайнерским ходом. Благодаря гибкости, возможности ее монтажа значительно расширяются, а конструкция крыши точно не пострадает, если имеются ограничения в плане нагрузки.
Однако перед тем, как серьезно задуматься о ее приобретении, следует знать и о ряде недостатков:
- Несмотря на постоянное совершенствование разработок, пленочная солнечная батарея пока еще не может похвастаться высоким уровнем КПД и мощности.
- Она пока стоит очень дорого: производство таких элементов еще не поставлено на широкий оборот.
- Срок службы невысок: обычно, он редко превышает 3-4 года.
- В жаркую погоду может очень сильно нагреваться, что снижает все рабочие показатели.
Сфера применения
- Поскольку это легкая и часто портативная модель, ее часто устанавливают в электромобили и дроны.
- Берут с собой в походы. С ее помощью можно легко согреться, просто прикрепив на одежду или к рюкзаку.
- Благодаря тому, что гибкая панель может повторить любую форму, она легко крепится на черепице крыши или шифере. Это идеальный вариант для малогабаритного охотничьего домика и палатки. Прикрепляется она просто и легко. Как правило, лучшим фиксатором служит двухсторонний скотч или специальный герметик.
Итак, гибкие панели — неплохой альтернативный источник энергии, который уже нашел применение в определенных областях. Технологии их изготовления еще находятся в процессе совершенствования. По этой причине на приемлемую цену таких элементов пока рассчитывать не приходится. Вероятнее всего, снижение их стоимости произойдет уже в ближайшем будущем, когда производство расширится и они станут более доступными для приобретения.
batteryk.com
Какие бывают типы, виды солнечных батарей и панелей
Содержание:
- Кремниевые солнечные батареи
- Плёночные солнечные батареи
- Что такое концентрационные солнечные модули
- Фотосенсибилизированные батареи
Какие бывают виды солнечных панелей?Сегодня различные типы солнечных панелей набирают всё больше и больше популярности. И не зря, ведь помимо того, что население планеты Земля начинает задумываться об экологических источниках энергии, солнечные панели ещё и становятся всё более и более энергоэффективными. Конечно, самое основное что входит в любую солнечную систему энергообеспечения — это панели или батареи, поэтому важно разбираться что к чему. Конечно, система намного сложнее и в неё входят всякие стабилизаторы, инверторы и прочее, однако это не основной момент.
Какие бывают виды солнечных батарей или панелей? На данный момент типы солнечных батарей составляют такое разнообразие и их такое великое множество, что каждый потребитель желающий обзавестись подобным источником энергии задаётся вопросом: “А как выбрать солнечную батарею? Какие есть солнечные батареи?” Об этом наша статья: мы постараемся особо не влезая в дебри технологий разобраться на какие типы делятся батареи или панели, питающиеся от энергии солнца, ведь рынок пестрит выгодными предложениями и желаем продать Вам ту или иную систему. В первую очередь различаются солнечные модули материалами, принципом работы и принципом производства. Так давайте же разбираться что и почему.
Кремниевые солнечные батареи
Такой тип солнечных панелей отличается в первую очередь своим материалом, который, как можно догадаться из названия, представлен кремнием. Сегодня это самые популярные батареи на рынке. Это связано с тем, что кремний сравнительно легкодоступный материал, он недорогой и при этом обладает хорошими показателями производительности, по сравнению с конкурентными видами солнечных модулей. Производят их не только из кремния, но и в том числе из моно, поликристаллов в также аморфного кремния. В чём разница?
Монокристаллические солнечные батареи
Для производства солнечных батарей монокристаллического типа используют очищенный, самый чистый кремний. Такой вид солнечной панели выглядит как силиконовые соты, или ячейки, которые соединены в одну структуру. После того, как очищенный монокристалл затвердевает, его разделяют на супер тонкие пластины, толщиной до 300 мкм. Такие готовые пластины соединены тонкой сеткой из электродов. В сравнении с аморфными батареями, такие стоят дороже, ведь технология их производства в разы сложнее. При этом такие батареи стоит выбрать хотя бы за их высокий коэффициент полезного действия(КПД). На уровне 20%. Да, для солнечных батарей это хороший показатель.
Поликристаллические солнечные панели
Для того чтобы получить поликристаллы, кремниевую субстанцию медленно охлаждают. Такой подход к технологии производства значительно дешевле чем в предыдущем типе панелей, поэтому и стоит этот вид дешевле. При этом для изготовления требуется меньше энергии, а это ещё раз благотворно действует на цену. Но чем-то же нужно жертвовать? Поэтому у таких батарей КПД ниже — до 18%. Связано такое падение коэффициента с образованиями внутри поликристалла, которые снижают эффективность. Для того ещё лучше разобраться в различиях между первым и вторым типом батарей, взгляните на таблицу:
Сравнительная таблица монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей:
| Фактор | Монокристаллы | Поликристаллы |
| Разница в структуре | Кристаллы направлены в одну сторону, зёрна параллельны | Кристаллы направлены в разную стороны, не параллельны |
| Стабильность работы | Высокая | Меньше |
| Стоимость | Дорогостоящие батареи | Также дорогостоящие, но дешевле |
| Окупаемость | 2 года | до 3х лет |
| КПД | до 22% | до 18% |
| Технология производства | Совершеннее, сложнее, точнее | Проще, отсюда и низкая стоимость |
Аморфные солнечные панели или батареи из аморфного кремния
- Данный вид солнечных батарей можно отнести как к кремниевым (потому что материал изготовления — кремний) так и к плёночным, ведь изготовлены они по принципу производства плёночных батарей. Но всё же отличия есть.
- Здесь используются не кристаллы кремния, а так называемый силан (кремневодород). Его наносят на подложку, внутри батарей. КПД у такого вида солнечных батарей намного ниже — около 5%. Но всё не так плохо! Есть и преимущества, среди которых можно назвать: намного лучшее поглощение (в 20 раз лучше), лучше работает при отсутствии прямого солнца, когда пасмурно, эластичность панелей.
- Также бывают сочетания моно и поликристаллических панелей с аморфными. Такое сочетание позволяет соединить преимущества двух различных типов. Например, батареи лучше работают, когда солнца недостаточно для обычных кристаллических батарей.
Плёночные солнечные батареи
Плёночные панели — это следующий шаг развития источников питания на солнечной энергии. Шаг, который продиктован в первую очередь необходимостью снижения цен на производство батарей и стремлением к повышению энергоэффективности.
Плёночные батареи на основе теллурида кадмия
- Кадмий — это материал, который обладает высоким уровнем светопоглощения, открытый как материал для солнечных батарей в 70-х годах. На сегодняшний день, этот материал применяется уже не только в космосе, на околоземной орбите, но и активно используется в качестве материала для солнечных панелей обычного, домашнего пользования.
- Самой главной проблемой в использовании такого материала является его ядовитость. Однако исследования говорят о том, что уровень кадмия. который уходит в атмосферу, слишком мал, чтобы наносить вред здоровью человека. Также, несмотря на низкий КПД в районе 10%, стоит единица мощности в таких батареях меньше, чем у аналогов.
Плёночные панели на основе селенида меди-индия
Тип солнечных батарей из таких материалов используют медь, индий, селен, как полупроводник. Кстати, индий — это основной, очень необходимый материал, который используется в производстве жидкокристаллических мониторов. Поэтому, оставляя такой материал для этих целей, часто используют галлий, который замещает индий по своим функциям. КПД здесь выше, чем у батарей из теллурида кадмия — около 20%.
Полимерные солнечные панели
Вид солнечных батарей, который не так давно был изобретён и начал производиться. Здесь проводниками выступают полифенилен, фуреллены, фталоцианин меди. При этом такая плёнка очень тонкая — около 100 нм. Несмотря на низкий уровень КПД, около 5%, всё же можно выделить причины, почему стоит выбирать этот тип солнечных батарей: Доступность материалов, дешевизна, отсутствие вредных выделений в атмосферу. Так что такие батареи отлично подходят потребителям, ведь обладают отличной эластичностью и экологичностью.
Сравнительная таблица: виды солнечных батарей и уровень КПД
Напоследок, хотелось бы сравнить коэффициенты полезного действия каждого типа солнечных батарей, но не забывайте, что помимо КПД есть много других факторов, которые могут охарактеризовать каждый тип как с хорошей, так и плохой стороны.
| КПД | в процентах |
| Монокристаллические | 17-22% |
| Поликристаллические | 12-18% |
| Аморфные | 5-6% |
| Теллурид кадмия | 10-12% |
| Селенид меди-индия | 15-20% |
| Полимерные | 5-6% |
Что такое концентрационные солнечные модули?
Концентрационные модули помогают более эффективно использовать площадь солнечных панелей, получая экономию площади почти в два раза. Однако такая система осложнена необходимостью инсталляции механического модуля, который бы поворачивал линзы в сторону солнца. Особенно такие установки необходимы в местах, где прямое излучение солнца есть в достатке на протяжении всего года.
Фотосенсибилизированные батареи
Фотосенсибилизирующий краситель опять-таки помогает оптимизировать приём солнечной энергии, но при этом солнечные панели работающие по этому принципу, скорее напоминают процесс фотосинтеза в природе. Впрочем, пока что это только концептуальная идея, не имеющая воплощения. Кто знает, может пока Вы соберётесь покупать солнечные панели, она уже будут вовсю продаваться на рынке.
Ну что, разобрались какие бывают солнечные батареи? Надеемся, эта статья поможет Вам определиться, какую батарею поставить для дома, но если после прочтения у Вас возникло ещё больше вопросов — милости просим на наш сайт, где Вы найдёте всю информацию про солнечные батареи и источники питания, работающие на солнечной энергии а также про различные виды солнечных панелей.
www.solnpanels.com
Разбираемся в многообразии видов солнечных панелей —
Дата публикации: 30 октября 2013
На вопрос «Что входит в состав системы электроснабжения, питающейся от солнечной энергии?», первое, что хочется ответить – это солнечные батареи. И это, безусловно, окажется правильным ответом. Конечно, подобная система включает в себя не только солнечные панели, туда также входят аккумуляторы, преимущественно гелевые (подробнее здесь), инверторы, контроллеры и другие устройства, каждое из которых выполняет свою функцию. Но солнечная панель – это тот элемент, с которого начинается весь процесс накопления и преобразования солнечной энергии. Вот только выбирая этот незаменимый элемент солнечной системы, каждый покупатель обязательно столкнется с проблемой выбора — «потеряться» в многообразии типов солнечных батарей несложно. Поэтому сегодняшнюю статью мы решили посвятить такой актуальной теме, как виды солнечных батарей.
Сегодня на рынке солнечных модулей представлено несколько различных образцов. Отличаются они друг от друга технологией изготовления и материалами, из которых их производят. На рисунке ниже приведена классификация солнечных батарей.
Солнечные батареи на основе кремния
Батареи, основой которым служит кремний, на сегодняшний день являются самыми популярными. Объясняется это широким распространением кремния в земной коре, его относительной дешевизной и высоким показателем производительности, в сравнении с другими видами солнечных батарей. Как видно из рисунка выше кремниевые батареи производят из моно- и поликристаллов Si и аморфного кремния.
Монокристаллические солнечные батареи представляют собой силиконовые ячейки, объединенные между собой. Для их изготовления используют максимально чистый кремний, получаемый по методу Чохральского. После затвердевания готовый монокристалл разрезают на тонкие пластины толщиной 250-300 мкм, которые пронизывают сеткой из металлических электродов (рис. нарезка). Используемая технология является сравнительно дорогостоящей, поэтому и стоят монокристаллические батареи дороже, чем поликристаллические или аморфные. Выбирают данный вид солнечных батарей за высокий показатель КПД (порядка 17-22%).
Для получения поликристаллов кремниевый расплав подвергается медленному охлаждению. Такая технология требует меньших энергозатрат, следовательно, и себестоимость кремния, полученного с ее помощью меньше. Единственный минус: поликристаллические солнечные батареи имеют более низкий КПД (12-18%), чем их моно «конкурент». Причина заключается в том, что внутри поликристалла образуются области с зернистыми границами, которые и приводят к уменьшению эффективности элементов.
В таблице 1 приведены основные различия между моно и поли солнечными элементами.
Таблица 1
| Показатель | Моно элементы | Поли элементы |
| Кристаллическая структура | Зерна кристалла параллельныКристаллы ориентированы в одну сторону | Зерна кристалла не параллельныКристаллы ориентированы в разные стороны |
| Температура производства | 1400 °С | 800-1000 °С |
| Цвет | Черный | Темно-синий |
| Стабильность | Высокая | Высокая, но меньше, чем у моно |
| Цена | Высокая | Высокая, но меньше, чем у моно |
| Период окупаемости | 2 года | 2-3 года |
Батареи из аморфного кремния
Если проводить деление в зависимости от используемого материала, то аморфные батареи относятся к кремниевым, а если в зависимости от технологии производства – к пленочным. В случае изготовления аморфных панелей, используется не кристаллический кремний, а силан или кремневодород, который тонким слоем наносится на материал подложки. КПД таких батарей составляет всего 5-6%, у них очень низкий показатель эффективности, но, несмотря на эти недостатки, они имеют и ряд достоинств:
- Показатель оптического поглощения в 20 раз выше, чем у поли- и монокристаллов.
- Толщина элементов меньше 1 мкм.
- В сравнении с поли- и монокристаллами имеет более высокую производительность при пасмурной погоде.
- Повышенная гибкость.
Помимо описанных выше видов кремниевых солнечных батарей, существуют и их гибриды. Так для большей стабильности элементов используют двухфазный материал, представляющий собой аморфный кремний с включениями нано- или микрокристаллов. По свойствам полученный материал сходен с поликристаллическим кремнием.
Из чего делают пленочные батареи?
Разработка пленочных батарей обусловлена:
- Потребностями в снижении стоимости солнечных батарей.
- Необходимостью в улучшении производительности и технических характеристик.
На основе CdTe
Исследования теллурида кадмия, как светопоглощающего материала для солнечных батарей начались еще в 70-х годах. В то время его рассматривали как один из оптимальных вариантов для использования в космосе, сегодня же батареи на основе CdTe являются одними из самых перспективных в земной солнечной энергетике. Так как кадмий является кумулятивным ядом, то дискуссии возникают лишь по одному вопросу: токсичен или нет? Но исследования показывают, что уровень кадмия, высвобождаемого в атмосферу, ничтожно мал, и опасаться его вреда не стоит. Значение КПД составляет порядка 11%. Согласитесь, цифра небольшая, зато стоимость ватта мощности таких батарей на 20-30% меньше, чем у кремниевых.
На основе селенида меди-индия
Как понятно из названия, в качестве полупроводников используются медь, индий и селен, иногда некоторые элементы индия замещают галлием. Такая практика объясняется тем, что большая часть производящегося на сегодня индия требуется для производства плоских мониторов. Именно поэтому с целью экономии индий замещают на галлий, который обладает схожими свойствами. Пленочные солнечные батареи на основе селенида меди-индия имеют КПД равный 15-20%. Следует иметь в виду, что без использования галлия эффективность солнечных батарей возрастает примерно на 14%.
На основе полимеров
Разработка данного вида батарей началась сравнительно недавно. В качестве светопоглощающих материалов используются органические полупроводники, такие как полифенилен, углеродные фуллерены, фталоцианин меди и другие. Толщина пленок составляет 100 нм. Полимерные солнечные батареи имеют на сегодняшний день КПД всего 5-6%. Но их главными достоинствами считаются:
- Низкая стоимость производства.
- Легкость и доступность.
- Отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.
Применяются полимерные батареи в областях, где наибольшее значение имеет механическая эластичность и экологичность утилизации.В таблице 2 приведены обобщенные данные о КПД разных видов солнечных батарей.
Таблица 2
| КПД солнечных элементов, выпускаемых в производственных масштабах | |
| Моно | 17-22% |
| Поли | 12-18% |
| Аморфные | 5-6% |
| На основе теллурида кадмия | 10-12% |
| На основе селенида меди-индия | 15-20% |
| На основе полимеров | 5-6% |
Надеемся, что теперь Вы ясно представляете себе, из чего делают поли- и монокристаллические, пленочные, полимерные солнечные батареи и другие. Эта информация поможет Вам сделать правильный выбор при покупке солнечных модулей. Ведь система энергопотребления, основанная на солнечной энергии, является долговременной инвестицией. Переходя на альтернативные, в частности, солнечные источники энергии, Вы не только снижаете свои затраты на потребляемые энергоресурсы, но и делаете ощутимый вклад в чистоту окружающей нас среды.
Статью подготовила Абдуллина Регина
altenergiya.ru
О солнечных панелях (батареи)
Солнечные панели бывают различных видов, но в основе выработки электроэнергии лежит кремний, правда в последнее время появились и другие типы. Но большая часть из выпускаемых солнечных панелей вырабатывают энергию на основе кремния. Кремний это полупроводник, он широко распространен на земле в виде песка, который является диоксидом кремния, также известного под именем кварцит. Кремний широко применяется в современной электронике, процессоры, транзисторы, из которых делается вся современная вычислительная техника сделаны на основе кремния.
>
Солнечный элемент состоит из металлической подложки, на которую нанесён тыльный плюсовой контакт, на него нанесён тонкий слой полупроводника P типа. Далее идёт разделяющий. Следующий слой N типа. И завершает этот пирог сетка, собирающая плюсовые выводы N перехода. На элементы нанесено анти-отражающее покрытие, которое и придаёт элементам характерный темно-синий цвет.
Солнечные элементы разделяются по типу, бывают монокристаллические, поликристаллические, и из аморфного кремния (тонкопленочный). Различие между этими формами в том, как организованы атомы кремния в кристалле. Различные по типу элементы имеют разный КПД преобразования энергии света. Моно и поликристаллические элементы имеют почти одинаковый КПД, который выше, чем у солнечных элементов, изготовленных из аморфного кремния. Но КПД моно и поли может значительно разнится из-за качества изготовления элементов, в принципе это уместно ко всем типам солнечных элементов.
>
Моно-кристаллические элементы дороже в производстве так-как процесс выращивания кристаллов происходит при более высокой температуре, и процент очищения кремния составляет практически 100 %. К тому-же кристаллы выращиваются строго в одном направлении, что повышает кпд до 22-24% при направленном свете. Но эффективность таких элементов резко снижается когда свет падает не перпендикулярно, а под углом. КПД монокристаллических панелей для космической отрасли по некоторым данным достигло 38%, но КПД массово выпускаемых моно-панелей около 17-22%
Поли-кристаллические элементы дешевле в производстве так-как процесс образования кристаллов происходит при низкой температуре. Но кристаллы образуют неоднородную массу и разнонаправлены. Разнонаправленность кристаллов снижает КПД, но такие элементы лучше работают при ненаправленном и рассеянном свете. Из-за более низкого КПД поликристаллические панели имеют примерно на 10% больше площади, соответственно в пасмурную погоду они на 10% эффективнее чем моно. КПД массово выпускаемых поликристаллических панелей сейчас 12-18%.
Вообще чем хуже КПД тем больше нужно солнечных батарей, а вот цена будет примерно одинаковой так-как панели с высоким КПД дороже. Но в пасмурную погоду КПД в основном зависит от площади самих панелей, и чем больше их тем лучше. Но разница будет очень маленькой так-как мощность панелей при плотно затянутом тучами небе падает в 15-20 раз. И например если у вас панель на 100 ватт, то она будет выдавать всего 5-6 татт, и тут уже не важно что там лучше или хуже вырабатывает электроэнергию так-как разница в 10% даст в реале преимущество всего в 0,5 ватта. А если массив солнечных батарей будет на 2кВт, то разница будет всего в 10-20 ватт.
Аморфные солнечные панели имеют низкий КПД, около 6%, но они заметно ниже по цене, и имеют преимущество при рассеянном свете. Кремний в этих солнечных батареях расходуется значительно меньше так-как наносится методом напыления материала в вакууме. При этом наносить материал можно на стекло, пластик или металл. По-этому в основном гибкие солнечные панели именно аморфные. Но аморфный кремний значительно быстрее деградирует, и в первые два года панели могут потерять до 20% мощности, далее интенсивность снижения мощности замедляется.
В последние годы разработаны новые типы материалов для солнечных элементов. Например, тонкопленочные фотоэлектрические элементы из медь-индий-диселенида и из теллурида кадмия. Эти типы СП в последнее время также коммерчески используются. Технологии их производства постоянно развиваются. За последнее десятилетие КПД тонкопленочных элементов вырос примерно в 2 раза, и уже достигает 12%
Так-же последние технологии используют гибридные методы. Так появились элементы, которые имеют как кристаллический переход, так и тонкий полупрозрачный аморфный переход, расположенный над кристаллическим. Так как кристаллы и аморфный кремний наиболее эффективно преобразуют только часть спектра света, и эти спектры немного отличаются, применение таких гибридных элементов позволяет повысить общий КПД солнечного элемента.
e-veterok.ru
Гибкие солнечные панели
Сегодня бесплатная электроэнергия становится объектом интереса людей в любой стране на планете Земля. Нефть, газ и другие углеводороды остаются основными источниками энергии, строятся новые АЭС. Но о дешёвой электрической энергии пока остаётся только мечтать. Важным шагом в этом направлении стали альтернативные источники энергии. Если раньше они использовались только в высокотехнологичных сферах (космонавтика и т. п.) преимущественно государством. Теперь ситуация начинает меняться. В частных домах вовсю появляются «ветряки» и солнечные батареи. Специалисты в этой области делают ставку на использование энергии солнца и ветра. В последнее время солнечные батареи внедряются во всё новые области народного хозяйства. Их конструкция постепенно претерпевает некоторые изменения. В частности, появляются гибкие солнечные панели, о которых мы поговорим в этом материале.
Содержание статьи
Устройство гибких солнечных панелей
Преобразование энергии солнца в электрическую люди изучили достаточно давно, но коммерческие образцы солнечных панелей появились на рынке только в последние годы. Ещё несколько десятилетий назад они использовались только в космонавтике или военной сфере. Сейчас выпущено множество устройств, которые функционируют от солнечной энергии. В качестве примера можно привести калькуляторы, аккумулятор для телефона с солнечной панелью, солнечная батарея для зарядки автомобильной АКБ, всевозможные водонагреватели и системы обогрева частных домов.
В общем случае принцип действия солнечных батарей следующий. Лучи солнца нагревают кремниевый полупроводник. В результате электроны перемещаются в определённом направлении. К каждому такому элементу припаивают выводы, собирают их в батарею и получается мобильная электростанция, работающая от солнечной энергии.
Самые первые солнечные батареи были тяжёлыми и крупногабаритными. Кроме того, у них был небольшой КПД. Но постепенно конструкция совершенствовалась, размеры уменьшались, а эффективность росла. Сейчас им уже не требуется максимальный солнечный свет для выработки электричества. Затем появились гибкие солнечные батареи, что стало существенным прорывом в области альтернативных источников энергии.
Гибкая панель – это полупроводниковый слой, который напылён на тонкую подложку. Современные образцы имеют толщину около 1 микрометра. При этом по производительности они примерно соответствуют обычным кристаллическим моделям. Первоначально такие батареи производились на базе аморфного кремния. Затем стали использовать:
- диселениды медь-индий, медь-галлий;
- теллуриды и сульфиды кадмия;
- полимерные соединения.
Какие характерные особенности имеют гибкие солнечные модули? Можно назвать следующие:
- Есть возможность использования на криволинейной поверхности;
- Вырабатывают электричество даже в облачную погоду. То есть, имеют высокую общую выработку энергии;
- Эффективны в южных широтах;
- Высокий уровень оптического поглощения лучей солнца. То есть, более полное усвоение и переработка солнечной энергии;
- Хорошо работают в составе мощных гелиоустановок. По этой причине первоначально гибкие панели использовали на крупных гелиостанциях.
Вернуться к содержанию
Гибридная солнечная панель
Стоит отдельно сказать про такую разновидность солнечных панелей, как гибридные. Это название они получили за то, что умеют вырабатывать сразу два типа энергии, тепло и электричество.
Существенный плюс заключается в том, что гибридная панель имеет возможность отбирать избыточное тепло от фотоэлементов. Это обеспечивает теплоноситель в коллекторе. Именно нагрев фотоэлемента уменьшает эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. В случае гибридной батареи эта проблема частично решается.
На практике гибридные панели пока не получили широкого распространения. В настоящий момент они успешно используются в роли тепловых насосов, нагрева воды в бассейне, аккумулирования тепла скважины и т. п.
Вернуться к содержанию
Сферы применения гибких солнечных батарей
Гибкие фотоэлементы используются в промышленности и бытовой сфере. Из-за некоторых характеристик есть определённые ограничения на их использование. Довольно часто солнечные батареи с гибкими фотоэлементами применяются при отделке зданий. Их могут установить на крыше, в окнах, полимерных коробах и стеклянных триплексах. Поскольку эти панели имеют небольшой вес, то они востребованы там, вес конструкции критичен. В частности, это электрические самолёты, лодки, автомобили, аэростаты. Для всех этих механизмов гибкие гелиопанели лучше кристаллических моделей.
Ещё одним популярным направлением является созданием аккумуляторов на основе гелиопанелей. Есть power bank с солнечными фотоэлементами, которые можно брать с собой в поход, и заряжать от них ноутбука, смартфон, планшет, фонарь, навигатор и т. д. Есть даже специальные модули, предназначенные для ношения на рюкзаке. Мощность некоторых портативных моделей достигает 2,5─3 кВт, что позволяет обеспечить функционирование научно-исследовательской лаборатории на выезде.
Естественно, гибкие панели совершенствуются и используются в космической сфере. В частности, в НПП «Квант» ведётся разработка фотопанелей, предназначенных для использования на космической станции. Эти модели создаются на основе аморфного кремния. Они имеют энергоёмкость в 4─5 раз большую, чем у кристаллических батарей. Кроме того, они стоят дешевле и более устойчивы к радиации. Также стоит отметить малый вес, что особенно важно при доставке на орбиту.
Вернуться к содержанию
Преимущества и недостатки гелиопанелей
Плюсы
- Небольшая масса. Очень важно для туристов, а также во всех случаях, когда масса панели критична. Гибкая панель мощность 6 ватт весит около 300 грамм. По этому показателю она выигрывает у кристаллической примерно сто грамм;
- Надёжное функционирование. Их конструкция предусматривает ряд мер по защите панели от влаги и механического воздействия. Часто они оснащаются защитными чехлами. Благодаря небольшому весу гибкие панели легко переносят падение с высоты;
- Эффективная работа. В пересчёте на единицу веса гибкие панели эффективнее кристаллических, но КПД у них меньше.
Минусы
- По площади гибкие солнечные батареи значительно больше кристаллических при одинаковой мощности. Для модуля мощностью 6 ватт эти площади равны 1500 и 900 квадратных миллиметров;
- Выше цена. Хотя цена в какой-то мере обусловлена тем, что это достаточно новый продукт. Каких-то объективных причин, по которым гибкие панели стоят дороже, нет. Высокая цена, скорее всего, обусловлена малым тиражом подобных моделей.
Вернуться к содержанию
Выбор и покупка
Гибких гелиопанелей на рынке достаточно и многие имеют свои характерные особенности. Чтобы не ошибиться при выборе, нужно обращать внимание на следующие моменты:
- Сила тока. Величина этого показателя зависит от того, что вы собираетесь подключать к панели. К примеру, чтобы зарядить аккумулятор смартфона хватит 0,5─1 ампер;
- Обращайте внимание на КПД. Самый лучший показатель на этот момент около 17 процентов. Если вам предлагают большее значение КПД, будьте уверены, что перед вами подделка. Если такие характеристики нанесены на заводской упаковке, то этот производитель не заслуживает доверия;
- Дополнительные возможности. Есть гелиопанели с присосками, которые позволяют крепить их практически на любую поверхность. Такие пригодятся, если вы хотите установить солнечный модуль на автомобиль. А также есть модели с готовым креплением на рюкзак.
akbinfo.ru
Характеристики солнечных батарей. Мощность солнечных батарей
Эксплуатационные характеристики солнечных панелей
Для изготовления фотоэлектрических элементов солнечных батарей используют кремний с минимальным количеством примесей менее 0,01%. Качество фотоэлементов зависит от количества примесей и цена тоже.
Существует три типа фотоэлемента — это монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные. Последние находятся еще на стадии разработки, поэтому их рассматривать не будем. Остановимся на сравнение характеристик монокристаллических и поликристаллических фотоэлементов.
Сравнение типов фотоэлементов
Фотопанели размещаются на открытом пространстве, поэтому на их работу будут влиять эти параметры фотопанелей;
— Температурный коэффициент мощности. Под палящим солнцем, фотоэлементы нагреваются, и теряется часть мощности солнечных батарей. В очень жаркие дни доля потери мощности составляет 25%. В случае монокристаллических и поликристаллических фотопанелей, температурный коэффициент мощности достигает -0,45%, то есть произойдет снижение мощности на -0,45%, на каждый градус прироста температуры. На температурный коэффициент мощности сильно влияет качество фотопреобразователей;
— Степень деградации LID. Деградация монокристаллов панелей происходит быстрее, чем поликристаллов. Год работы снижает мощность монокристаллических батарей до 3%, а поликристаллических до 2%. Такое уменьшение мощности наблюдается в первый год работы гелиопанелей, в дальнейшем эта деградация для монокристаллов будет 0,71%, для панелей из поликристаллов 0,67%.
Деградация зависит от качества фотоэлементов. Для панелей сомнительного качества деградация может достичь в первый год эксплуатации 20%. Поэтому панели важно выбирать не по низкой стоимости, а по производителю и качеству исполнения;
— Фотоэлектрическая чувствительность. Поликристаллические фотоэлементы не так чувствительны к снижению освещения, по сравнению с монокристаллами, но разница в чувствительности небольшая и не является критерием выбора по этому параметру;
— Эффективность панелей. Для выработки одинаковой мощности для поликристаллических панелей необходимо больше площади, т. е. эффективность поликристаллических гелиопанелей меньше монокристалических. Срок службы монокристаллов выше.
Качество солнечных панелей
По качеству исполнения фотоэлектрические элементы можно разделить на четыре категории качества.
Первая категория — Grad A. Это солнечные батареи самого высокого качества — без микротрещин, отсутствуют сколы. По внешнему состоянию эти фотоэлементы полностью одинаковы по цвету, структуре. Эта категория имеет самую малую деградацию и высокое КПД.
Вторая категория — Grad B. Эти фотопреобразователи практически не отличаются от фотоэлементов первой категории, но имеют небольшие изменения в цвете. Но у них большая деградация и меньший срок эксплуатации.
Третья категории — Grad С. Отличие от предыдущей категории — это наличие сколов и трещин, неоднородный окрас, но низкая стоимость. Для энергоснабжения частного дома такие фотопанели не следует применять из-за низкого КПД, высокой деградации и небольшого срока эксплуатации.
Четвертая категория — Grad D имеет самое низкое качество исполнения. Структура этих панелей неоднородная с видимыми дефектами. Небольшой размер фотоэлементов нуждается в дополнительной пайке, что еще ухудшает параметры. Такие элементы имеют небольшую надежность. Их устанавливать не рекомендуется даже при небольшой стоимости.
Пленка EVA. Предназначена для ламинации панелей с солнечной стороны. Она хорошо герметизирует фотоэлементы, снижает деградацию, защищает от механических повреждений, прозрачна. Срок службы этой пленки также зависит от качества исполнения и меняется от 5 до 15 лет.
Недорогая пленка со временем желтеет, теряет прозрачность, отслаивается и имеет срок эксплуатации 3-5 лет. Визуально качественную пленку отличить невозможно, это можно определить только через несколько лет ее работы.
ПЭТ пленка. Эта пленка изолирует тыльную сторону фотопанелей от влаги, пыли и механических повреждений. Качество пленки также можно определить через несколько лет по внешнему состоянию. Цвет становится желтее, появляются трещины.
Технические характеристики солнечной панели
Посмотреть их можно в инструкции на изделие. К техническим характеристикам гелиопанелей относится;
Пример характеристики солнечной панели
— Мощность солнечных панелей и размеры. Чем больше мощность, тем меньше стоимость на ватт. Для большой мощности выгоднее приобретать большие панели;
— Допустимые пределы отклонения по мощности или толеранс. Отклонение может быть положительным и отрицательным. Покажем на примере, толеранс 0 + 4 ватта;
— КПД солнечной панели. Конечно же, лучше приобретать панели с высоким КПД;
— Температурный коэффициент — это влияние температуры на такие параметры как мощность, напряжение и ток. Температурный коэффициент должен быть минимальным;
— Срок службы солнечных панелей. Отдельные производители дают 20 лет эксплуатации панелям с гарантией 5 лет. Правильная установка солнечных батарей может резко поднять эффективность. После 15 лет работы гелиопанели могут снизить производительность на 10%, а после службы в 30 лет на 20%. Хорошего качества панели могут работать в диапазоне температур -40 +90 °С.
Тоже интересные статьи
electricavdome.ru
Мифы и реальность тонкопленочных солнечных батарей
Солнечные электростанции пока не используются повсеместно, на то есть ряд причин, описанных в этой статье (откроется в новом окне). Тонкопленочные солнечные батареи в ряду новейших технологий пока не стали модными и не используются повсеместно, т.к. имеют больше недостатков, чем достоинств, но рассмотрим обе стороны.
В чем разница
Принципиальная разница состоит в используемых материалах. Для достижения отличительных параметров тонкопленочных солнечных батарей нужно использовать полупроводники из селенида меди-индия, а также теллурида кадмия. Принцип действия точно такой же, как в поликристаллических и монокристаллических фотоэлементах с той разницей, что наносить указанные полупроводники можно на пленку. Пленка гнется и скручивается в отличие от классических солнечных панелей.
Достоинства
- Полупрозрачность. Классические (поликристаллические и монокристаллические) солнечные панели полностью непрозрачные. Аморфные тонкопленочные батареи могут быть выполнены таким образом, чтобы заменить окно в доме, пропуская часть света, а часть преобразовывая в электричество.
- Легкость. Батареи выполненные на пленке легче классических в несколько раз, что дает больше свободы в монтаже, упрощает операции с ними.
- Гибкость. Тонкопленочные батареи теоретически можно изгибать в любой плоскости без потери работоспособности.
- Ударопрочность. Пленка не разбивается от падения при монтаже, от града и остается работоспособной в самых экстремальных условиях.
Недостатки
- Низкий КПД. Если не рассматривать лабораторные образцы, а оценивать реальные показатели выпускаемых моделей, то на выходе получим КПД не выше 4%, что в три раза меньше такого же у поликристаллического фотоэлемента.
Важно. При использовании полупрозрачных фотоэлементов коэффициент снижается до смешных 2% и от одного окна вы вряд ли сможете даже зарядить свой смартфон.
- Высокая стоимость. Если сравнивать с классическими солнечными батареями, то их цена за м.кв. сопоставима с такими же поликристаллическими моделями, но вот мощность будет в три раза ниже. Если же сравнивать панели одинаковой мощности, то картина получится такая (данные из Aliexpress.com):
Сравнение цен пленочной и кремниевой солнечной панели
Разница в цене – ровно в три раза, при одинаковой мощности - Снижение производительности при нагреве. Если в поли/монокристаллических батареях эта цифра достигает 12% от номинальной мощности, то в гибких фотоэлементах она доходит до 30-40%.
Мифы и реальность
Пока технология изготовления пленочных солнечных батарей не составляет реальной конкуренции поли/монокристаллическим аналогам. Прежде всего из-за дороговизны используемых материалов. Тем не менее, на ТВ, в сети и среди розничных продавцов бытует несколько мифов о чудо свойствах этой технологии.
- Тонкопленочные солнечные батареи могут работать в пасмурную погоду. Отчасти это правда, но правда и в том, что любые солнечные панели работают в пасмурную погоду, выдавая при этом меньшую силу тока или вольтаж, в зависимости от модели. Пленочные так же точно снижают свою производительность.
- Пленочные батареи не снижают производительность при нагреве. Это откровенное вранье. Снижение производительности гораздо сильнее поли/монокристаллических аналогов. Поэтому при монтаже таких панелей следует обязательно предусмотреть возможность вентиляции их задних стенок.
- Дешевле. На самом деле дороже (см. недостаток 2)
- Могут принимать любую форму. Здесь правда, только вот толку, как показывает практика, от этого никакого. Панели располагаются в плоскости для достижения максимального эффекта.
- Можно свернуть в трубочку и тогда свет будет поступать на них почти весь день. Действительно такое «сенсационное» изобретение приносит прирост в производительности меньше, чем использование той же площади аналогичных батарей в плоском виде.
Схема работы цилиндрического модуля
- Увеличенный срок службы. На самом деле нет. Срок службы пленочной панели – 10-12 лет, в то время как поликристаллические модели служат от 15 до 20 лет.
- Можно использовать вместо стекол в окнах. При этом улицы вы видеть практически не будете, а эффективность такой полупрозрачной панели позволит вам в течении дня от одного окна зарядить один мобильный телефон. Сомнительное преимущество.
- Экологичность. Т.к. в батареях применяются сплавы полупроводников из индия и кадмия, то кремния используется гораздо меньше. При этом продавцы уверяют, что кремний – это вещество по вредности между ураном и мышьяком, забывая, что 1/3 земной коры состоит из него.
- Время окупаемости. Реклама пленочных батарей говорит, что они окупаются на 2-3 год эксплуатации. На самом деле нет. Срок службы пленочных солнечных батарей (10-12 лет) и их стоимость, не позволяет им окупиться вообще при нынешних ценах на электроэнергию.
Область применения
Как показывает практика, использовать гибкие солнечные панели целесообразно только в походных условиях. Гораздо проще развернуть холст с пленочными солнечными панелями на крыше палатки или трейлера, чем возить с собой жесткую конструкцию, на сборку которой нужно время. Популярны также переносные электростанции для зарядки телефонов и фонарей во время путешествия.
Ввиду низкого КПД сфера применения солнечных батарей очень ограничена. Применение в качестве стационарной солнечной электростанции возможно, но только при наличии больших свободных площадей.
Видео о пленочных батареях
Типичный рекламный сюжет, где диктор рассказывает чудеса о пленочных солнечных батареях, предполагая КПД в 10%, забывая, что таких результатов пока смогли добиться только в лабораторных условиях, но никак не в промышленных образцах. Ролик будет интересен тем, кто хочет знать, как реклама пытается обмануть нас.
Загрузка...Вконтакте
Одноклассники
Google+
Power Bank со встроенной солнечной батареей - зря потраченные деньги 
Где применяются садовые фонари на солнечных батареях и как их правильно использовать 
Справится ли ветряк с электроснабжением частного дома 
Какие бывают контроллеры для солнечных батарей и как их выбиратьelectricadom.com
