Как не ошибиться в выборе модулей для солнечных батарей? Солнечные модули производители
Выбор солнечных модулей: характеристики, особенности, производители
Написано 4 марта 2018от generator-prosto.
Многие владельцы частных домов сегодня интересуются установкой солнечных систем для выработки электроэнергии. Это позволяет существенно экономить на коммунальных платежах. Многие покупают такие системы по частям и собирают их самостоятельно, чтобы уменьшить стоимость. Обычно в их состав входят солнечные модули, аккумуляторы, контроллер, инвертор, провода и монтажные детали. В магазинах можно найти довольно большой выбор солнечных модулей. Они имеют различную мощность, назначение, размеры, типы и т. п. Как не потеряться при выборе и не взять некачественный продукт. Ведь встречается много экземпляров, не соответствующих заявленным параметрам и с низкой эффективностью. Проблема заключается в большом количестве недобросовестных продавцов, продающих низкокачественные модули. Сегодня попробуем разобраться, на что обратить внимание при покупке.
Содержание статьи:
Выбор солнечных модулей. Что учесть при покупке?
Первоначальные вложения в гелиосистему существенные. Так, что нужно подобрать качественные и надёжные элементы. Ведь основной смысл здесь в том, чтобы система окупилась за несколько лет и затем приносила «профит» в виде бесплатной электроэнергии. Чтобы так и было, нужно тщательно выбирать солнечные модули, поскольку это ключевой элемент системы, приобретаемый на весь срок эксплуатации. Многие сегодня берутся за изготовление солнечных батарей своими руками, но этот вариант годится не для всех и не всегда. Если вы возводите душ на даче или систему водоснабжения на даче, то самостоятельное изготовление модулей целесообразно. Но, если монтируется электроснабжение дома, рекомендуется приобретать солнечные модули фабричного производства. Если это ответственный производитель с репутацией, то все панели будут иметь одинаковые характеристики. К тому же даются гарантии на готовое изделие. И здесь проблема заключается в том, чтобы выбрать продукт достойного качества.
Как выбрать качественные солнечные модули?
Теперь о показателях солнечных панелей, на которые следует обратить внимание при покупке.
Тип фотоэлементов
На рынке можно найти панели из 3 основных видов фотоэлементов. Это:
- Монокристаллические. Это панели с максимальной эффективностью и средним температурным коэффициентом;
- Поликристаллические. Они получили высокую популярность благодаря тому, что при прочих равных ватт электроэнергии с них стоит дешевле, чем у остальных типов панелей. Прежде всего, монокристаллических. Технология эти солнечных модулей постоянно совершенствуется и скоро по характеристикам они могут сравняться с монокристаллическими;
- Аморфные. В них используется значительно меньше кремния. КПД таких панелей в два раза ниже вышеописанных. Среди плюсов можно отметить повышенную чувствительность при плохом освещении и низкий температурный коэффициент. У фотоэлементов с низким температурным коэффициентом мощность при нагревании снижается незначительно.
Какой же модуль выбрать? В сети по поводу этого ведётся много споров, рождаются мифы различные непонятные обоснования. Есть мнение, что модули на поликристаллических фотоэлементах работают значительно лучше остальных в условиях плохой освещённости. Другие говорят, что всё это справедливо в отношении модулей на монокристаллах. Но, если опираться на данные экспериментов, то оказывается, что дело не столько в типе модуля, сколько в качестве его исполнения.
Тестирования модулей в лабораторных условиях демонстрируют, что некоторые поликристаллические модули вполне могут быть лучше монокристаллических, и наоборот. Отсюда рождаются различные теории пользователей о том, что лучше. Просто они основываются на измерениях характеристик отдельных экземпляров, по которым нельзя увидеть всю картину целиком.
Стоит отметить, что модули из монокристаллических фотоэлементов эффективнее работают в условиях нагрева. Этот факт был подтверждён многочисленными тестами независимых экспертов.
Напряжение
С напряжением солнечных панелей на рынке есть некоторая путаница, которая была внесена самими производителями. Для начала стоит сказать о том, какие есть напряжения в характеристиках солнечных модулей.
Различают следующие напряжения:
- ТММ. Это максимальное напряжение при функционировании панели с максимальной эффективностью. В таком режиме модуль выдаёт пиковое значение мощности при тестировании в стандартных условиях. Обычно именно это напряжение пишут в спецификациях. Однако не нужно рассчитывать на то, что это напряжение будет у вас при постоянной работе. Как правило, солнечные модули функционируют при напряжении меньшем на несколько вольт. Номинальное значение мощности – это напряжение ТММ, умноженное на ток в этом режиме;
- Напряжение холостого хода. Эта величина измеряется без нагрузки на выводах модуля. Ток в этот момент равен нулю. Это напряжение также вносится в спецификации изделия. Оно потребуется для того, чтобы определить максимально возможное напряжение, выдаваемое модулем. Для вычисления используется коэффициент температурной коррекции. Максимально допустимое напряжение не должно быть выше такового у инвертора с контроллером;
- Номинальное напряжение. Оно применяется при классификации солнечных модулей. В настоящее время не вносится в спецификации. В своё время параметр был нужен для того, чтобы облегчить подбор панелей для зарядки аккумуляторов.
В целом с напряжением ситуация следующая. Поскольку в гелиосистемах чаще всего используют аккумуляторы с номиналом 12 вольт, то для их нормального заряда требуется напряжение до 15 вольт. И вот это напряжение солнечный модуль должен иметь на выходе. Обычно одна панель набирается из расчёта 18 вольт. Но с учётом работы не в полную мощность и потерь заряд на аккумулятор будет идти 14-15 вольт. В принципе, такая схема существовала и существует сейчас. Но разработка контроллеров MPPT и сетевых инверторов значительно изменила планирование и развёртывание гелиосистем.
Сейчас солнечные панели необязательно должны заряжать аккумуляторы и, соответственно, выдавать 12 вольт. MPPT означает поиск максимального значения мощности батареи. Эта технология освобождает привязку напряжений батареи и аккумулятора с инвертором. Контроллеры MPPT и сетевые инверторы дали возможность компаниям-производителям в первую очередь выпускать модели по размеру и мощности без оглядки на напряжение. В результате появились солнечные модули с напряжением, отвязанным от этой величины на аккумуляторах гелиосистемы.
Общее напряжение модуля складывается из фотоэлементов, подключённых в последовательную сеть. Один элемент имеет напряжение около 0,5 вольта. В продаже можно встретить панели, набранные из 96, 72, 60, 54, 48, 36 элементов. Самые распространённые — это 36. Также часто встречаются 60, 72. Остальные встречаются редко. Выходная мощность модуля напрямую зависит от площади фотоэлементов. В пике панель из 36 элементов выдаёт 18 вольт (ТММ).
Контроллер MPPT для солнечных батарей
Модули, состоящие из 72 фотоэлементов, как правило, предназначены для выдачи 24 вольт. Хотя есть варианты на 12 вольт. В них помимо последовательного ещё реализовано параллельное соединение. Эти панели могут быть дешевле, поскольку часто их делают из частей фотоэлементов. Говоря проще, их делают из отходов. В них больше пайки, проводов, соединений, а значит, надёжность снижается. Имейте это ввиду при покупке солнечных модулей. В продаже также можно встретить панели с числом элементов не кратным 36. Как раз для этих нестандартных моделей требуется контроллер MPPT. Если с ними использовать стандартный контроллер PWM, то будут большие потери напряжения и мощности.
Габариты и мощность
Цена солнечного модуля напрямую зависит от его мощности. При увеличении единичной мощности модуля уменьшается цена за ватт. Смысл здесь такой. Если вам требуется гелиосистема определённой мощности, экономнее всего будет собрать её из крупных модулей, чем из мелких. Помимо экономии будет выше надёжность, поскольку будет меньше соединений.
Цена за ватт для модулей с числом фотоэлементов в модуле кратном 36, будет выше, чем у других. Но для нестандартных модулей потребуется более дорогой контроллер типа MPPT.
Вид фотоэлементов оказывает влияние на размеры модуля. Так, что вам нужно при расчёте гелиосистемы сразу определиться с местом установки. То есть, посмотреть, а хватит ли места для установки панелей. Если пространство ограничено, то придётся купить более эффективные модули.
Что касается максимальной мощности, которая пишется в спецификациях, то на практике она не достигается. Ёе измеряют в таких условиях, которых на практике не существует. Некоторые компании приводят для своей продукции так называемые параметры NOCT. То есть, для нормальных условий эксплуатации. Максимальная выработка у солнечных модулей любого типа достигается в морозные солнечные дни, когда максимальная освещённость и панели мало нагреваются.
Класс элементов, температурный коэффициент, эффективность и допустимые отклонения
Фотоэлементы для солнечных модулей имеют несколько классов: А, В, С.
- Класс «А». Это означает, что снижение рабочих параметров в течение заявленного срока службы не превысит 5 процентов;
- Класс «В». Снижение будет не выше 30%;
- Класс «С». Падение характеристик превысит 30 процентов. К концу срока службы элементы будут работать с эффективностью ниже 70 процентов от указанной в спецификациях.
Солнечные модули на крыше дома
Эффективность солнечных панелей, которые сегодня выпускаются серийно, не более 19 процентов. В первую очередь это отражается на габаритах устройства. Ведь модули с одинаковой мощностью и разным КПД будут заметно отличаться по размерам. Эффективность главным образом зависит от типа фотоэлементов, которые были описаны выше. Конечно, все солнечные модули работают с некоторым допустимым отклонением от заявленных характеристик. При заявленных 200 ватт изделие может выдавать мощность в пределах 195-205. Поэтому на все модули предусмотрен определённый допуск.
Температурный коэффициент отражает влияние температуры на выходную мощность. В идеале этот коэффициент должен приближаться к нулю. То есть, внешняя температура не должна сказываться выработке электроэнергии.
Корпус и комплектация
Корпус модулей должен состоять из рамы высокой прочности и нескольких рёбер жёсткости. Гелиопанели имеют большие размеры и высокую парусность. Поэтому их корпус должен эффективно противостоять воздействию ветра. Качественные модули имеют закалённое внешнее стекло стойкое к ударам. Кроме того, оно должно быть антибликовым, чтобы устранить излишнее отражение лучей. Швы и стыки нужно надёжно герметизировать, чтобы внутри не было конденсата.
Комплектация солнечных панелей
Любая качественная гелиопанель должна включать в комплектацию коробку с кабелями для распайки, а также защитные диоды. Последние требуются для того, чтобы ток не перетекал обратно в модуль при затенении фотоэлементов. Их устанавливать обязательно. Иначе можно испортить модуль. Соединительные кабели используются на панелях большой мощности (от 70 ватт), чтобы облегчить коммутацию.
Производитель, репутация, гарантия
Здесь принцип выбора, как и во всех остальных вещах. Солнечные модули известного производителя, который имеет свой отдел разработок и мощности, будут иметь качество на порядок выше, чем в случае неизвестной компании. Основная часть гелиопанелей выпускается в Китае, поскольку там ведётся серьёзное субсидирование альтернативных источников энергии. Качество в большинстве случаев соответствует европейскими производствам, а стоимость ниже.
Желательно узнать, имеет ли компания своё собственное производство фотоэлементов. Большинство фирм занимается простой сборкой модулей и качество на выходе часто может не соответствовать принятым стандартам. Лучше, если производитель имеет всю цепочку от начала до конца.
Гарантия на конечную продукцию является показатель качества. Благодаря гарантии потребитель получает уверенность в изделии, которое он получает. Чем дольше гарантийный срок, тем лучше. Если компания устанавливает длительный срок гарантии, значит она уверены в качестве производимых модулей. Заявленный срок эксплуатации (не путать с гарантией) практически всеми фирмами озвучивается от 25 лет и выше.
Очень желательно, чтобы производитель модулей присутствовал в перечне организаций, продукция которых протестирована независимыми лабораторными центрами. Например, есть агентство California Energy Commission в США или TUV в Европе, которые ведут свою базу протестированных панелей от разных производителей. В этих базах имеются результаты независимых измерений. Так, что вы сможете сравнить их с величинами, заявленными компаниями. Многих мелких производителей там нет, равно как и отечественных фирм.
Из того, что присутствует на массовом рынке можно обратить внимание на солнечные модули Exmork. Китайский производитель выпускает панели на основе фотоэлементов класса «А» с КПД до 15,7 процента. Используются монокристаллические и поликристаллические фотоэлементы. Качественный корпус выполняется из анодированного алюминия. Сверху модули защищены закалённым стеклом. Заявленная нагрузка от ветра составляет до 200 килограмм на квадратный метр. Диапазон температур от минус 40 до плюс 80 градусов Цельсия. Защищенность соответствует стандарту IP65. В комплектации идёт коробка для пайки и необходимый крепёж.Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье, а также отзывы о производителях солнечных панелей оставляйте в комментариях.
Популярные статьи:
Опубликовано в АккумуляторыСолнечные модули
На сегодняшний день производителями оборудования возобновляемой энергетики на мировом рынке предлагаются солнечные модули, гелиосистемы и другое фотоэлектрическое оборудование, в огромном ассортименте. Вы без проблем можете приобрести оборудование как российского производства, так и других ведущих мировых производителей в данной области, к примеру, таких как Pramac, Хевел, Sunways и их серию оборудования – ФСМ. Отличным выбором с вашей стороны будет, если предпочтете солнечный модуль Axitec, одноименная компания производит и прекрасные гибкие солнечные модули.
Солнечный модуль фирмы AXITEC
Какую цель преследуют люди, приобретающие и устанавливающие солнечные фотоэлектрические модули, как разобраться в огромном выборе оборудования в сфере солнечной энергетики?
Имеющиеся сегодня на отечественном рынке солнечные модули отечественного производства, обладают различными характеристиками мощности для разных сфер применения. Можно выбрать оборудование всевозможных габаритов и внешнего вида, чтобы подобрать именно то, что будет сочетаться с дизайном вашего загородного дома. К примеру, их можно установить прямо на крыше жилища или на хозяйственной постройке, расположенной на расстоянии до 100м. В продаже есть как монокристаллические, так и поликристаллические фотоэлементы.
У представителей компании «Хевел» на территории России вы можете приобрести и установить своими руками микроморфный фотоэлектрический модуль mcph р7 для создания эффективной автономной энергосистемы.
Однако не все предлагаемое широкому кругу потребителей оборудование соответствует заявленным техническим данным. Здесь возможны несоответствия в заявленной эффективности, и причина здесь не столько в недобросовестности иностранного производителя, сколько в том, что проблема кроется в изначально запланированной климатической полосе применения оборудования.
Схематичное изображение микроморфного фотоэлектрического модуля mcph р7 компании Хевел
Конечно, нередки случаи, когда не самые известные производители или какой-то «кустарный» китайский завод, изначально используют для производства низкокачественный кремниевый материал, что в итоге значительно влияет на каждую фотопанель и соответственно ее коэффициент полезного действия. По этой причине стоит задуматься над тем, чтобы приобрести и собрать фотоэлектрическую панель, которую вам предложит отечественный завод или компания, ведь основной их рынок сбыта – Российская Федерация. Инженеры собирают батареи, рассчитанные на различные природные условия, предоставляя возможность подобрать панель эффективную как в Смоленске, Республике Чувашия, так и на Дальнем Востоке. Компания производитель в лице своих представителей даст консультацию и поможет лучше определиться в выборе.
Сегодня в основном используют два типа солнечных батарей. Их деление связано с процессом производства кремниевых ячеек – это монокристаллические и поликристаллические ячейки. Поэтому первое, что нужно сделать – это определиться в данном вопросе, потому что каждая из этих систем имеет свои преимущества и недостатки. Монокристаллические батареи будут эффективней, но намного дороже обойдутся при покупке.
Монокристаллические солнечные батареи
Поликристаллические значительно дешевле, но менее эффективны и займут для достижения той же мощности в 220 Вт или 230 Вт, необходимых для питания бытовой техники, большие площади для их размещения.
Но все-таки собрать своими руками панель на основе солнечных батарей с электрической мощностью 220 Вт или 230 Вт, или провести монтаж обогревающей дом гелиосистемы – достаточно затратное мероприятие. Ту же электропроводку от места установки до жилища может понадобиться тянуть на расстояние до 100м. Для правильной и эффективной работы всей системы, лучше использовать оборудование, которое выпускает проверенный завод или компания. Среди них, конечно, будут и перечисленные выше pramac, хевел, sunways, у которых имеется качественная серия ФСМ. Однако в сравнении с тем, что может сделать практический любой крупный отечественный завод, оборудование, выпускаемое этими компаниями, будет ничем не лучше.
Как пример здесь можно привести рязанский завод металлокерамических приборов RZMP. Основное производство завод RZMP расположил на территории России. Главная сфера деятельности – выпуск солнечных модулей для использования в фотоэлектрических системах автономного применения.
Рязанский завод металлокерамических приборов, выпускающий солнечные модули для использования в фотоэлектрических системах
Выходное напряжение 10 Вт дает возможность использовать его с любым зарядным контроллером RZMP-125H, RZMP-220-T, RZMP-225-T, RZMP-230-T, RZMP-235-T, RZMP-240-T, RZMP-110-T, RZMP-105-T, RZMP-210-T.
Поэтому неважно, какие будете использовать фотоэлементы, поликристаллические или монокристаллические, если решили приступить к его монтажу своими руками, то в обязательном порядке ответственно отнеситесь к выбору всего оборудования.
Гарантия производителя оборудования
То какую гарантию конкретный производитель дает на свою продукцию – показатель того, насколько он уверен в качестве продаваемого оборудования. Чем продолжительнее гарантия работоспособности продукции, тем лучше. Такие компании, как Sunways ФСМ, гарантируют работу выпускаемых mono-/поликристаллических фотоэлементов и гелиосистем начиная от 25 лет.
Выбор корпуса модуля
Любая солнечная панель, в независимости от выходной электрической мощности системы, будь то на 10, 220, 230 Вт, должна быть собрана в надежной и прочной раме, которая будет иметь несколько ребер жесткости. Это необходимо в связи с тем, что все-таки фотоэлектрическое оборудование имеет довольно приличные габариты, и потому хорошо «ловят» порывы ветра, которым, соответственно, должны эффективно противостоять.
Солнечный модуль ФСМ–50П мощностью 50 Вт в надежной и прочной раме
Как пример надежности, здесь можно привести поликристаллические модули производителя sunways серия ФСМ–50П мощностью 50 Вт, ФСМ-230П мощностью 230 Вт. В принципе все оборудование sunways и их серия ФСМ имеет отличную раму и подходит для использования на территории России с ее изменчивыми климатическими условиями. Приобретаемое оборудование должно быть не сильно тонким, стекло корпуса в обязательном порядке ударопрочным и закаленным, а также оно должно обладать антибликовыми свойствами, дабы избежать частичного отражения лучей, а значит, снижения эффективности. Все швы и стыки качественно герметизируют для исключения появления на внутренней поверхности конденсата и накопления атмосферных осадков. Модель ФСМ-50П и ее аналоги, отличающиеся по мощности, соответствуют всем этим требованиям.
Проверка разъемов, контактных кабелей
Завод, поддерживающий высокую планку качества выпускаемых mono-/поликристаллических фотоэлементов, в обязательном порядке снабжает оборудование распаечной коробкой с защитными диодами и коммутаторными кабелями. Диоды устанавливают во избежание появления обратного тока при возникновении затемнения части поверхности оборудования.
Соединительные разъемы для солнечных батарей 1 пара HC4-PV2A Y тип мс4
Если их не установят, такие токи выведут из строя все оборудование независимо от его мощности даже при 10 Вт. Соединительные разъемы и кабели на батареях в 10 Вт обычно не предусматривают, их ставят на батареях большей мощности – от 70 и выше (ФСМ 50п таких разъемов не имеет).
Классификация фотоэлементов
Существующая градация, установленная для солнечного электрооборудования, делит его на несколько классов эксплуатации. Это три класса А, В, С. Буква «А» в классификации сообщает, что по мере истечения указанного производителем гарантированного срока эксплуатации, оборудование утратить свой коэффициент полезного действия лишь на пять процентов максимум. Далее, для класса «В» эта цифра уже составляет в пределах тридцати процентов, и самый низкий класс С – это утрата КПД на уровнях свыше тридцати процентов. Это значит, что если вы будете использовать такое оборудование, то по мере эксплуатации его эффективность будет снижаться, выдавая все меньшую мощность тока, и в итоге по истечении определенного времени будет выдавать менее 70 процентов изначально заявленной мощности.
Выбор требуемого уровня напряжения, расчет количества mono- и поликристаллических фотоячеек
Поликристаллическая солнечная батарея на 10 Вт производства Chinaland Solar Energy
Очень важный характеризующий оборудование момент – это его установленное номинальное напряжение. Если вы решили все сделать своими руками, основываясь на этих данных надо определять, какой тип накопительного элемента использовать, правильно выбрать оптимально необходимый тип контроллера. Номинальная мощность оборудования зависит от количества использованных mono-/поликристаллических ячеек в сборке системы. В стандартном варианте солнечные батареи на 10 Вт состоят из 30 фотоэлементов, невзирая на их показатели мощности в отдельности друг от друга. То, какой показатель напряжения тока получается на выходе, зависит непосредственно от размера площади поверхности фотоэлементов. Такие модули выдают до 16–18 Вт в момент своих пиковых показателей этого достаточно для зарядки 10–12 вольтовой аккумуляторной батареи.В производстве также присутствует и оборудование, насчитывающее в одном комплекте 72 фотоэлемента, такие солнечные комплекты обычно рассчитаны на двадцать четыре Ватта. Также выпускают модули с 72 солнечными элементами, но на 12 В. Здесь технология производства организована таким образом, что все элементы соединены последовательно, но параллельно между собой.
Монокристаллическая солнечная панель Exmork ФСМ-320М на 24 Ватта
Это значительно удешевляет производство, поскольку в сборку поступают части фотоячеек (практически отходы от производства более дорогих и качественных панелей), однако, в связи с наличием гораздо большего числа проводов и их паянных соединений, такое оборудование менее надежно, повышается возможность образования микротрещин. Не забывайте об этом, если вы решили подобрать оборудование самостоятельно и установить его своими руками.
В продажу поступают солнечные панели, в которых фотоячейки не собраны четно (то есть, их число не соответствует 36), может быть использовано и нечетное их число. В основном это будет оборудование несерийного производства, не соответствующего стандарту. Для того чтобы такое оборудование правильно работало, с соблюдением параметров выдаваемой мощности, применяют контроллер – МРРТ. Так как в случае использования стандартного контроллера – PWM, потери напряжения могут достигнуть от 10 до 30% в сравнении с заявленными производителем, особенно если фотоэлементы расположены на расстоянии более 100м.
Виды фотоэлементов и их эффективность
Несмотря на довольно давнюю историю солнечной возобновляемой энергетики, до сегодняшнего дня ученым в этой сфере удалось достигнуть производительности солнечных фотоэлектрических элементов на уровне 19 процентов.
Фотоэлементы из поликристаллического и монокристаллического кремния
В первую очередь, для потребителя, решившего заняться установкой оборудования своими руками, эта цифра говорит о требуемой площади для установки солнечных элементов. Фотоэлектрическая панель мощностью 100 Вт, имеющая эффективность на уровне 12%, потребует больших площадей для размещения солнечных преобразователей, чем аналогичная панель на 100 Вт, имеющая КПД около 17 процентов. Производительность кремниевых фотоячеек напрямую зависит от их процесса изготовления, в частности от того, какой тип кремния был использован в производстве (моно, поли или аморфной молекулярной структуры решетки).
Отклонения, допускаемые производителем оборудования. Допустимые температурные режимы работы
Все без исключения солнечные батареи имеют допустимые (к заданным производителем) технические параметры. Показатели мощности батареи могут отличаться от заявленных как в большую, так и в меньшую стороны, в зависимости от складывающихся окружающих климатических условий. Обычно такие разбежки составляют не более одной единицы процента от заявленных цифр.
Температура окружающей среды влияет на производительность
Указанный коэффициент температур обозначает влияние на мощность электрического тока и температуры окружающей среды, в результате повышая или понижая производительность. В идеале, такой показатель должен быть максимально приближен к нулевой отметке (имеется в виду, что в самом хорошем варианте окружающая температура не должна оказывать никакого влияния на работу оборудования).
Автор: П. Морозов
Оцените статью:
Загрузка...Сохраните ссылку чтобы не потерять, она Вам понадобиться:
solntsepek.ru
Крупнейшие производители солнечных модулей в 2017 году
В 2017 солнечная энергетика впервые преодолела юбилейный рубеж в 100 ГВт. Такой объем мощностей был введен всего лишь за один год (в 2016 – 75 ГВт).
Промышленные компании, выпускающие основной отраслевой продукт – солнечные модули – выросли до гигантских размеров.
Посмотрим на первую десятку. Полной сводной статистики пока нет, данные взяты из отчетов компаний о результатах или прогнозах поставок в 2017 г. В связи с этим могут быть незначительные расхождения с другими источниками и последующие корректировки, но не думаю, что цифры сильно изменятся.
Вторая пятерка приведена в соответствии с информацией PV-tech, но открытых данных по выпуску в 2017 пока нет. Отмечается лишь, что поставки компаний, идущих на 6 и 7 местах, вероятно, превышают 4 ГВт.
Лидеры производства солнечных модулей серьезно нарастили объемы продаж. В 2016 году JinkoSolar поставила 6,6-6,7 ГВт, а Trina Solar 6,3-6,55 ГВт.
Как мы видим, китайскую монополию разбавляет лишь германо-корейская Hanwha Q CELLS (производства которой расположены в том же Китае, а также Малайзии и Южной Корее), да Canadian Solar имеет канадскую историю, хотя компания, в общем-то, китайская.
Напомню, что в 2017 году в Китае было построено 52,83 ГВт солнечных электростанций – это половина (или даже больше половины) мирового объема. Неудивительно, что КНР усиливает свое доминирование на рынке солнечных модулей. Доля Китая и Тайваня в их производстве сегодня составляет примерно 70%
Означает ли это, что китайцы будут производить всё? Однозначно ответить нельзя. Скорее всего, нет. Следует отметить, что китайские производители создают глобальные производственные цепочки и становятся по-настоящему транснациональными компаниями. Особенно много их заводов размещено в Малайзии, Таиланде и Вьетнаме. После объявления решения Трампа об установлении таможенных тарифов на импортные солнечные модули, компания JinkoSolar объявила, что откроет завод в США.
В то же время производители других стран тоже работают. Бизнес американской компании First Solar идет неплохо, американская же SunPower, принадлежащая Total, также пока держится на плаву. Пошлины Трампа подчеркивают стратегическую важность полной отраслевой цепочки для энергетической безопасности. Самостоятельность сохраняют японские производители, хотя их доля снижается. Индия обладает крупным собственным производством и стремится нарастить его объемы. Немцы также производят солнечные панели, а также поставляют результаты НИОКР на глобальный рынок. Крупные глобальные энергетические компании пытаются развивать собственное производство. Так действует, например, французская EDF.
Таким образом, лидерство китайских компаний на рынке производства солнечных модулей очевидно, и их доля растет. В то же время выпуск этой продукции налажен и в других странах, и сегодня сложно предсказать, насколько далеко зайдет доминирование производителей из КНР.
renen.ru
Такое ли "зеленое" производство электроэнергии солнечными модулями?: engineering_ru
Photo: Imaginechina/Corbis.Контроль качества на китайском предприятии.
Производство электроэнергии солнечными модулями совсем не такое «зеленое» как многие думают.
Источник.
Солнечные панели мерцающие на солнце являются иконой для всех «зеленых». Но является ли генерация электроэнергии с помощью солнечных батарей действительно более щадящей для окружающей среды, чем сжигание ископаемого топлива? Несколько инцидентов загрязнения окружающей среды связаны с производством этих сияющих символов «зеленых». И оказывается, что время, необходимое для компенсации энергии и парниковых газов, затрачиваемой и выбрасываемых в производстве панелей существенно варьируется в зависимости от технологии и географии.
(SF: в статье (см. ссылку) указывается, что минимальная эмиссия у CdTe и главное, что по меньшей мере 89% вредных выбросов могут быть сокращены при производстве электроэнергии применением фотовольтаики.)
Это была плохая новость. Хорошей новостью является то, что промышленность может легко устранить многие из побочных эффектов, которые существуют. Это возможно отчасти потому, что, начиная с 2008 года, производство фотовольтаики переехало из Европы, Японии и Соединенных Штатов Америки в Китай, Малайзию, на Филиппины и Тайвань. Сегодня почти половина солнечных модулей в мире производится в Китае. В результате, хотя в целом послужной список в отрасли хорош, те страны которые сегодня производят основную массу, как правило, меньше всего заботятся о защите окружающей среды и рабочих на производстве.
Чтобы понять в чем именно проблемы, и как они могут быть решены, необходимо знать кое-что о том, как фотоэлектрические панели изготовлены. В то время как солнечная энергия может быть получена с помощью различных технологий, подавляющее большинство солнечных батарей сегодня берут начало с получения кварца, как наиболее распространенной формы кремнезема (диоксида кремния), которая перерабатывается в кремний. На этом этапе возникает первая проблема: кварц добывается из шахт, где шахтеры рискуют приобрести силикоз легких.
В начале переработки кварц превращается в металлургический кремний, вещество используемое в основном для упрочнения стали и других металлов. Это происходит в гигантских печах, и держать их горячими требует большого количества энергии (подробности - ниже). К счастью, на этом этапе выбросы, в основном диоксида углерода и диоксида серы, не могу навредить людям, работающим на таких заводах или находящимся вблизи предприятий.
Следующим шагом является переработка металлургического кремния в более чистый – поликремний. В ходе процесса производится кремниевый тетрахлорид - очень токсичное соединение кремния. Процесс очистки включает реакцию соляной кислоты с металлургическим кремнием, чтобы получить трихлорсилан. Трихлорсилан затем реагирует с водородом, получая поликремний вместе с жидким кремниевым тетрахлоридом - три или четыре тонны тетрахлорида на каждую тонну поликремния.
Большинство производителей перерабатывают эти отходы, чтобы произвести больше поликремния. Получение кремния из тетрахлорида кремния требуется меньше энергии, чем его получение из сырого диоксида кремния, таким образом утилизация этих отходов помогает сэкономить деньги производителеям. Но такое оборудование может стоить десятки миллионов долларов. Таким образом, побочный продукт часто просто выбрасывается. При взаимодействии с водой, а это трудно предотвратить, в окружающей среде оказываются: соляная кислата и вредные испарения.
Когда промышленность фотовольтаики была меньше, производители солнечных элементов приобретали кремний у производителей микроэлектроники, которые отбраковывали этот кремний в связи с недостаточной чистотой. Но бум в солнечной энергетике потребовал болше кремния, и большое количество производства поликремния были построено в Китае. Немногие страны в то время имели строгое законодательство, требуещего хранения и утилизации тетрахлорида кремния, и Китай не стал исключением, как это обнаружили репортеры Washington Post.
Расследование газеты, опубликованное в марте 2008 года, о китайском производителе поликремния, принадлежащий High-Technology Co., и расположенный недалеко от реки Хуанхэ в провинции Хэнань. Этот объект поставляет поликремний в Suntech Power Holdings, крупнейшему в мире производителю солнечных элементов, а также ряда других громким компаниям в этом бизнесе.
После публикации в Washington Post, цены на акции компаний упали. Инвесторы опасались, что откровения подорвут доверие к отрасли. В конце концов, защита окружающей среды это то, что привлекает привлекает поддержку общественности и следовательно поощряется например такми документами как Residential Renewable Energy Tax Credit в Соединенных Штатах. Те, кто приобретает для дома солнечные системы могут сократить свои налоговые отчисления на 30 процентов до 2016 года.
Чтобы защитить репутацию отрасли, производители "солнечных" панелей начали "давить" в области природоохранной деятельности на поставщиков поликристаллического кремния. Следовательно, в настоящее время ситуация улучшается. В 2011 Китай устанавил стандарты требующие, чтобы компании перерабатывать по меньшей мере 98,5 процента выбросов кремниевого тетрахлорида. Новые правила легко осуществить если заводы установят соответствующее оборудование. Тем не менее, нам еще предстоит увидеть, насколько хорошо проводится в жизнь эти стандарты.
Проблема может полностью исчезнуть в будущем. Так, исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в Голден, штат Колорадо ищут способы, чтобы получать поликремний при реакции с этанолом вместо применения химических веществ на основе хлора, что позволяет избежать создания кремния тетрахлорида в целом.
Борьба за превращение фотовольтаики в истинно «зеленую» отрасль на этом не заканчивается. Производители солнечных элементов формируют куски поликристаллического кремния для формирования квадратообразных слитков, а затем режут слитки на пластины. Затем они легируют кремниевые пластины, создавая необходимую архитектуру солнечной батареи.
Все эти шаги требуют участия опасных химических веществ. Например, производители используют HF (фтористоводородная или плавиковая кислота) для очистки пластин, удаления дефектов, полировки и текстуризации. Плавиковая кислота прекрасно подходит для всех этих вещей, но однако это весьма агрессивная жидкость которая при контакте с человеческим телом разрушает ткани и декальцифицирует кости. Работа с плавиковой кислотой требует крайней осторожности, и она должна быть утилизированы должным образом.
Но несчастные случаи случаются, и, чаще всего, в местах, которые имеют ограниченный опыт изготовления полупроводников или имеют не достаточно жесткие стандарты связанные с охраной окружающей среды. В августе 2011 года завод в китайской провинции Чжэцзян, принадлежащей Jinko Solar Holding Co., одиной из крупнейших компаний в мире, сбросил плавиковую кислоту в находящуюся рядом реку, погибла рыба. Фермеры, обрабатывающие соседние земли, использовали загрязненную воду - случайно погибли десятки свиней.
При исследовании мертвых животных, китайские власти обнаружили, что уровни фтористоводородной кислоты в реке в 10 раз превышали допустимый предел, и вероятно эти значения получены уже после того как основная масса фтористоводородной кислоты ушла вниз по течению. Сотни местных жителей, в бешенстве из-за инцидента, штурмовали и временно заняли производственные мощности. Опять же, инвесторы отреагировали негативно: когда СМИ сообщили о происшествии, акции Jinko упали более чем на 40 процентов.
Процессы на основе HF - это угроза для окружающей среды. Исследователи Rohm & Haas Electronic Materials, дочерняя компания Dow Chemical, предложили заменитель фтористоводородной кислоты, используемой в производстве солнечных элементов. Хорошим кандидатом является гидроксид натрия (NaOH). Хотя NaOH сам довольно едкий химикат, он легче при обработке и утилизации и персонал поджержен гораздо более низкому риску. Кроме того, сточные воды с NaOH гораздо легче в очистке.
Хотя более 90 процентов «солнечных» панелей, сделанных сегодня производятся из поликремния, давно существует новый подход: тонкопленочная технология солнечных элементов. Доля таких модулей, скорее всего, будет расти на рынке в течение следующего десятилетия, потому что они могут быть столь же эффективным, как на основе кремния, но дешевле в производстве, так как они потребляют меньше энергии и материалов.
Создатели тонкопленочных модулей осаждают слои полупроводникового материала непосредственно на подложку из стекла, металла или даже пластика вместо нарезки пластин из слитка кремния. Это означает меньше отходов и полностью исключает такие операции как плавка и нарезка кремния которые используются, чтобы сделать традиционные солнечные модули. В сущности, кусок стекла поступает на «вход» такого завода и полностью функционирующий модуль «выходит».
Переход к тонкопленочным солнечным элементам устраняет многие риски связанные с традиционным производством, потому что нет необходимости в проблемных - химических веществах: нет плавиковой кислоты и нет соляной кислоты. Но это вовсе не означает, что вы можете автоматически маркировать тонкопленочные солнечные батареи, как «зеленые».
Сегодня доминирующие технологии в этой области -это на основе теллуридакадмия CdTe и более поздний конкурент на основе полупроводника из меди, индия иселенида галлия (CIGS). В первом случае один полупроводниковый слой изготовлен из теллурида кадмия, а второй из сульфида кадмия. В последнем случае основной полупроводниковый материал CIGS, но второй слой, как правило, это сульфид кадмия. Таким образом, в каждой из этих технологий используются соединения, содержащие тяжелый металл - кадмий, который является одновременно канцерогенным и может привести к наследуемым мутациям. У таких производителей как First Solar есть большой опыт защиты работников от воздействия кадмия в процессе производства. Но есть информация о риске для работников, занятых кадмием на ранних стадиях обработки, в частности на рудниках, откуда поступает бОльшая часть кадмия. Воздействие кадмия после утилизации солнечных панелей также вызывает беспокойство. Большая часть теллурида кадмия которую надо обезвредить из-за поломок или дефектов изготовления, утилизируются в безопасных, контролируемых условиях. Фирма активно обеспечивает сбор и переработку в Европе старых и сломаных панелей. Отдельные компании также разработали схожие программы утилизации. Но многое еще предстоит сделать - не каждый потребитель имеет доступ к бесплатной программе по возврату, да и многие потребители даже не знают о том, что утилизация таких панелей дело не простое.
Солнечные модули производятся благодаря энергии, которая в свою очередь ведет к выбросам СО2. Т.к. китайская энергетика больше полагается на производство энергии за счет угля выбросы СО2 гораздо выше чем в Европе.
Лучший способ избежать риска отравления для работников и окружающей среды кадмием это минимизировать количество или не использовать кадмий вообще. Уже два основных CIGS производителей-Avancis и Solar Frontier заявили об использовании сульфида цинка, намного менее токсичного материала, вместо сульфида кадмия. Исследователи из University of Bristol и University of Bath, в Англии, Калифорнийский университет в Беркли и многие другие научные и государственные лаборатории пытаются разработать тонкопленочных элементы которые не требуют токсичных веществ, таких как кадмий или редких элементов, таких как теллур. First Solar тем временем неуклонно уменьшает количество кадмия, используемого в его солнечных батареях.
Но дело не только в токсичности. Создание солнечных батарей требует много энергии. К счастью, продукт вырабатывает электроэнергию которой он оплачивает обратно первоначальные инвестиции энергии. Большинство из модулей "расчитываются" уже после двух лет эксплуатации, а некоторые компании сообщают об "энергоокупаемости" (SF: EROI) в шесть месяцев.
Аналитики часто сравнивают затраты энергии, необходимой, чтобы произвести солнечную панель и количество углерода, образующихся в производстве этой энергии - величина которая может изменяться в широких пределах. Чтобы сделать это, нужно представить энергию как значение в виде килограммов выбросов CO2 полученого при генерации киловатт-часа. Страна, которая в значительной степени зависят от угля и имеет наибольший показатель СО2/кВтч- это Китай. В Китае этот показатель почти в два раза выше чем в США. Это согласуется с результатами исследователей в штате Иллинойс Аргоннской национальной лаборатории и Северо-западного университета. В докладе, опубликованном в июне этого года, они обнаружили, что СО2/кВтч фотоэлектрических панелей, сделанных в Китае вдвое выше, чем те, которые производятся в Европе.
Если фотоэлектрические панели, изготовленные в Китае были бы установлены в Китае, то из-за высокого СО2/кВтч, эффект компенсации выброса СО2 производством энергии солнечной панелью и энергоокупаемость совпадают по времени. Но это не то, что происходило в последнее время. Производства в основном расположены в Китае, а панели часто устанавливают в Европе или в Соединенных Штатах. В этом случае для компенсации высокого китайского СО2/кВтч требуется в два раза больше времени, чтобы компенсировать выбросы парниковых газов, чем для энергоокупаемости.
Source: Silicon Valley Toxics Coalition Silicon Valley Toxics Coalition оценила производителей солнечных панелей в области защиты персонала и защиты окружающей среды.
Конечно, если вы производите панели из энергии с низким СО2/кВтч (например, завод получающий энергию от солнечных панелей) и установаете их в области с высоким СО2/кВтч, время "окупаемости" парниковых газов будет меньше, чем "энергоокупаемость". Так что, возможно, когда-нибудь, питание таких заводов "зеленой" энергией снимет обеспокоенность выбросами СО2.
Расход воды является еще одним важным вопросом. Производители используют много воды: в том числе для охлаждения, как химический реагент и контроля загрязненности атмосферного воздуха (фильтруют). Самый большой расход воды приходится на очистку оборудования во время установки и в ходе производства. Для производство на 230- 550 МВт в год может потребоваться до 1,5 млрд литров воды для борьбы с пылью в процессе строительства и еще 26 миллионов литров в год для мытья панелей. Тем не менее, количество воды, используемой для получения, установки и эксплуатации фотоэлектрических панелей значительно ниже, чем требуется для охлаждения обычных электростанций и АЭС.
Выбор инвесторов и потребителей может, в принципе, иметь большое влияние на производителей солнечных модулей. Но чаще всего трудно сказать, насколько эти компании отличаются в экологичности. Солнечная энергетика не имеет формального экологического стандарта, как в случае этикеток на бытовую технику и электронику, которые помогают покупателям определить энергоэффективность продуктов. И большинство людей не покупают солнечные модули сами. Они делают это через фирмы сторонних инсталляторов. Таким образом, даже если бы схема таких наклеек была, многое будет зависеть от готовности монтажников.
В настоящее время, потребители могут заставить производителей улучшить их экологичность и безопасность, требуя от монтажников больше информации о модулях, которые они используют. Это, в свою очередь, заставит монтажников надавить на производителей для получения дополнительной информации.
Исследователи из National Photovoltaics Environmental Research Center в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптон, Нью-Йорк, уже давно публикации исследования о возможных экологических проблемах при производстве фотовольтаики. Недавно, официальные рейтинги экологической эффективности для солнечной энергетики начали появляться.
Организации, как Center for International Earth Science Information Network, пытаются установить некоторые средства мониторинга окружающей среды, здоровья и техники безопасности у производителей в развивающихся странах. Эта группа, в которую входят ученые из Йельского и Колумбийского, предлагает такой параметр как китайский индекс экологической деятельности, который будет работать на провинциальном уровне, чтобы помочь Китаю отслеживать прогресс в достижении целей экологической политики.
Между тем, “Solar Energy Industries Association" и национальная торговая организация США предложили новые экологические "рамки" для промышленности в документе под названием "Solar Industry Environment & Social Responsibility Commitment», направленного на предотвращение профессиональных травм и заболеваний, предотвращение загрязнения, а также сокращения природных ресурсов используемых в производстве. Документ призывает компании требовать от поставщиков представить информацию о безопасности производства и о выбросах парниковых газов.
Кроме того, Silicon Valley Toxics Coalition, которая оценивает экологическую эффективность компании в области электроники, исследовала и оценила экологичность производства работающие в Китае, Германии, Малайзии, на Филиппинах и в Соединенных Штатах. Участие является добровольным и до сих пор включает в себя такие крупные производители, как First Solar, SolarWorld, SunPower, Suntech, Trina, и Yingli; Китайские производители Trina и Yingli последовательно входит в число трех ведущих мировых наиболее экологически ответственных компаний. Sharp, SolarWorld и SunPower тщательно отслеживают количество выбрасываемых парниковых газов, и химических веществ, используемых в производстве своих панелей в течение нескольких лет.
Такие инициативы не преждевременн. Многие люди сегодня видят солнечную энергетику как панацею от наших энергетических бед, учитывая то, какой грязной предстает сегодня традиционная энергетика. Но это не значит, что мы должны закрывать глаза на темную сторону этой новой технологии. В самом деле, мы должны рассматривать нововведения очень тщательно. И только, с постоянными усилиями со стороны потребителей, производителей, исследователей в один прекрасный день технология будет по-настоящему, а не символически, зеленой.
Статья оппубликована 12.11.2014 в Solar’s Green Dilemma.
Автор D. Mulvaney.
engineering-ru.livejournal.com
Солнечные батареи ФСМ для дома и фонарей – АльтЭнго
Солнечные модули серии ФСМ изготовлены из высокоэффективных монокристаллических и поликристаллических солнечных элементов, что гарантирует повышенную производительность и надежность модулей. В процессе производства используются только высококачественные и сертифицированные компоненты производителей с мировым именем и многолетним опытом работы в области солнечной энергетики.
Каркасные солнечные батареи серии ФСМ – являются недорогими и качественными продуктами Российского производства. Производитель гарантирует срок службы каркасных солнечных модулей 10 лет при сохранении заявленной мощности более чем 90% от номинальной, и около 25 лет при сохранении заявленной мощности более чем 80% от номинальной. Солнечные панели для дома можно легко смонтировать на крыше. А надежная и легкая конструкция позволяет широко использовать данные солнечные модули в автономных светодиодных фонарях для освещения улиц, дорог, пешеходных переходов и питания светофоров.
Высокоэффективные солнечные элементы от всемирно известных компаний JA Solar, Motech, CSG и т.д. При производстве солнечных модулей используются только солнечные элементы первой категории качества Grade A. Такая категория элементов не допускает никаких, даже самых незначительных дефектов. Компания JA Solar входит в пятерку лучших производителей солнечных модулей и солнечных элементов в мире. Солнечные модули и элементы JA Solar поставляются во многие страны мира и считаются одними из лучших в индустрии солнечной энергетики. Солненые элементы JA Solar не подвержены эффекту PID (Potential induced degradation), а значит в солнечных модулях, которые собраны на элементах JA Solar также отсутсвует этот эффект. На сегодняшний момент только несколько мировых производителей производят PID Free солнечные элементы и модули.· Солнечные модули серии FSM имеют положительный толеранс (0 ~ +6 Вт). Это означает, что вы гарантировано платите за фактическую мощность солнечного модуля, номинальная мощность солнечного модуля не может быть ниже заявленной, она может быть только выше на 6 Ватт. Очень важный показатель, так как многие азиатские производители поставляют модули с толерансом ±3 или ±5%. Такие показатели являются плохим тоном в индустрии, поэтому выбирая солнечные модули FSM, Вы гарантированно получите заявленную номинальную мощность солнечного модуля.· Высокая производительность при рассеянном свете обеспечивает повышенную выработку энергии при пасмурной погоде и в зимнее время. Этот показатель зависит от качества и фоточувствительности солнечных элеметов. Как было сказано ранее, солнечные элементы от мирового лидера JA Solar показывают высокую эффектисность работы даже при слабой освещенности.· Закаленное стекло солнечного качества обеспечивает его высокую прозрачность и гарантирует повышенный КПД модуля. · Высококачественный анодированный алюминиевый профиль с дренажными отверстиями и жесткой конструкцией предотвращает деформацию модуля в экстремальных погодных условиях. В наших модулях используется усиленный профиль, который предотвращает повреждение модуля в процессе монтажа, транспортировки и при неблагоприятных погодных условиях.
Мы рекомендуем приобретать солнечные батареи сразу с контроллером заряда и аккумуляторами. Данный комплект лучше подбирать под конкретную задачу. В зависимости от применения контроллеры заряда могут водонепроницаемые или нет, с таймерами или без и т.д. Аккумуляторы также могут быть гелевые или AGM, глубокого разряда, для буферного или циклического режимов. Не применяйте автомобильные аккумуляторы для солненчных комплектов и резервного электроснабжения! Они быстро выйдут из строя! Если Вы боитесь ошибиться в расчетах и выборе оборудования, обращайтесь к нашим специалистам. Вам всегда предложат несколько вариантов, из которых будет не сложно собрать готовый комплект на солнечных батареях.
При монтаже Вам понадобятся солнечный кабель, разъемы или переходники. Также рекомендуем ознакомиться с информацией по ориентированию солнечных батарей относительно горизонта. Выбор правильного угла к горизонту является важным моментом для эффективного использования комплекта на солнечных батареях.
net220.ru
. СОЛНЕЧНЫЕ МОДУЛИ
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ. СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
В настоящее время на практике применяется несколько типов солнечных модулей. Наиболее распространены «классические» модули, собранные из отдельных солнечных элементов, изготовленных по описанной в главе 8 технологии на пластинах монокристаллического либо пол и кристаллического кремния. Эти элементы механически непрочны, использоваться поодиночке не могут. Поэтому их группируют в модули.
Технология сборки солнечных элементов в модули существенно зависит от типа и конструкции самого фотоэлемента. Вопросы сборки элементов в модули мы рассмотрим применительно к стандартным, на сегодняшний день наиболее часто применяемым планарным солнечным элементам. Наиболее распространенная конструкция фотоэлектрического модуля такого типа приведена на рис. 10.1.
Солнечный элемент
| Рис. 10.1. Типовая схема солнечного модуля (www. Kesoyan. ru) |
Процесс изготовления модулей состоит из нескольких этапов.
Перед соединением в группы на каждом элементе создают монтажные шины. Солнечный элемент с напаянной шиной изображен на рис. 10.2.
После присоединения монтажной шины заготовки подвергают очистке ультразвуком в нагретой до 60°С воде. После тщательной очистки и сушки элементы группируются в линейки (рис. 10.3,а) и полноразмерные модули (рис. 10.3,6).
| Рис. 10.2. Фотоэлемент с напаянной полоской проводника (монтажная шина) |
| Рис. 10.3. Линейка солнечных элементов (а) и полноразмерный модуль (6) (www. Kesoyan. ru) |
До сборки в модуль каждый элемент проходит тестирование, проверку основных параметров, указанных в главе 8. Элементы, не соответствующие заданным параметрам, отбраковываются. Прошедшие тест-контроль солнечные элементы укладываются друг к другу плотно, без просветов. После установки на место элементы по заданной геометрии соединяются последовательнопараллельно, чтобы обеспечить необходимое напряжение и мощность модуля. Максимальная мощность модуля зависит, прежде всего, от общей площади фотоэлементов, фактически от размера модуля.
При всех операциях с элементами в процессе сборки обычно используются специальные пневматические инструменты-захваты. Это обеспечивает сохранение чистоты и целостности солнечных элементов. В процессе изготовления модулей используется закаленное (упрочненное) солнечное стекло с низким содержанием железа. Это стекло должно быть противоударным до такой степени, чтобы противостоять воздействиям даже граду относительно большого размера. Далее стекло покрывается пленкой EVA (эти лвини л ацетат), а на стекле располагаются соединенные между собой фотоэлементы. Такая панель, изготовленная в Jiaxing (Китай), показана на рис. 18.19. Некоторые детали последовательного соединения как с передней, так и тыльной стороны показаны на рис. 18.20 и 18.21. Металлическая полоса соединяет передние контакты одной ячейки с обратным полноразмерным (сплошным) контактом другого элемента. Другая пленка EVA укладывается поверх соединенных между собой фотоэлементов, а обратная сторона обычно изготавливается из композитного ламината PVF-PET-PVF (поливинилиденфлуорид-полиэтиленэтерофтолат- поливинилиденфлуорид). Затем объем между этими слоями вакуумируется и панель нагревается до температуры, превышающей точку плавления фольги EVA. Во время этой тепловой обработки этилвинилацетат плавится и заполняет объем вокруг фотоэлемента между передним стеклом и тыльной ламинатной стенкой модуля. Наконец, панель заключается в рамку и запечатывается силиконовым герметиком в алюминиевую раму, оборудованную коробкой с выходными контактами (рис. 10.4)
| фотоэлектрическая панель-сечение |
Полностью смонтированные панели герметизируются с целью предотвращения проникновения воды или других веществ. Длительность работы высококачественных панелей на основе монокристаллического кремния обычно составляет 20 - 25 лет. Внешний вид законченного в изготовлении модуля можно видеть на рис. 10.5.
Стандартная фотоэлектрическая панель на основе монокристаллического кремния, установленная на вертикальной стене, показана на рис. 10.6. На рис. 18.22 показан резак фольги EVA, используемый для подгонки размеров, а рис. 18.23 представляет упомянутое выше устройство для нагревания фотоэлектрической панели выше точки плавления фольги.
Таким образом, формирование солнечных станций на базе классических солнечных элементов на кремнии, рассмотренных в главе 8, идет по схеме «элемент-модуль-батарея» (рис. 10.7).
| |
| |
|
| |
|
Панели на основе соединенных между собой сферических р-n переходов на монокристаллическом кремнии являются интересной новинкой. Эта технология известна уже несколько лет, но только недавно началось коммерческое производство панелей на ее основе. Эти панели могут быть твердыми, со стеклянной передней панелью, или гибкими, заключенными в капсулу обычно с тефлоном с лицевой стороны. Кремниевые сферы диаметром приблизительно 0,6 мм состоят из ядра p-типа, окруженного внешним слоем n-типного кремния таким образом, что между ними образуется сферический р-n переход ниже их поверхности. Сферы производятся путем подачи капель расплава легированного примесью p-типа из капилляра, таким образом, что капли затвердевают во время падения. Затем имеет место диффузия, и внешний слой сферы легируется примесью п-типа.
Сферы фиксируются в отверстиях в алюминиевой фольге. Отверстия имеют меньший диаметр, чем сферы, что не дает возможности последним проникать через них. Каждое отверстие расположено в маленькой чаше, для каждой сферы чаша формирует небольшой параболический концентратор излучения. Алюминиевая структура формирует отрицательный электрод. В более низкой части сферы область n-типа удаляется травлением, и контакты вводятся в слой p-типа, благодаря чему формируется другой, положительный электрод. Это устройство схематично показано на рис. 10.8. Весь элемент заключается в кожух, что обеспечивает изготовление твердых или гибких панелей или элементов различных размеров. Гибкие элементы могут быть скатаны и использоваться для полевой работы. Преимущества модулей со сферическими элементами заключаются в том, что они отличаются гибкостью и имеют низкий вес. Но самое большое их преимущество состоит в том, что для их производства требуется в семь раз меньше кремния по сравнению со стандартными модулями. Однако в отсутствие детальных знаний этой специфической технологии мы не можем оценить, перевешивают ли их преимущества имеющиеся недостатки. При высоких углах падения света эффект фокусирования концентрированного излучения на сферу подавлен, что ведет к понижению эффективности всего модуля. Поэтому было бы полезно применить автоматическое устройство слежения за солнцем совместно с этими модулями. Эффективность рассмотренных модулей пока низка и составляет приблизительно 14 %. Однако разработчики полагают, что в свое время они будут в состоянии достигнуть КПД приблизительно 18 %, что сопоставимо со стандартными модулями. Пример гибкой панели, произведенной компанией Spheral Solar Power, который был экспонирован на Парижской выставке в 2004 г., приведен на рис. 10.8. Собственно ячейка показана на рис. 18.25. Детальное изображение твердой ячейки производства компании Фуджи, представленной на Шанхайской конференции в 2005 г., приведено на рис. 18.26. Кремниевые сферы и концентраторы видны достаточно четко.
Примеры мобильных гибких модулей на основе тонких кремниевых слоев представлены на рис. 18.27 и 18.28. Панели экспонировались в Дрездене в 2006 г. ив Милане в 2007 г. Гибкие модули высокого качества производят 122
солнечное излучение
и в России. Например компания Телеком СТВ (Москва) на выставке Inter - SolarEurope-2012 (Мюнхен, ФРГ) демонстрировала гибкие модули собственного производства.
Максимальная выработка электроэнергии с помощью фотоэлектрических модулей в 2005 г. превысила 1000 МВт (в 2012 г. 28000 МВт). Возможно, было бы полезно отметить главных производителей фотоэлектрических элементов и модулей. Диаграмма, представленная на рис. 10.10, основана на информации
| Рис. 10.10. Доля основных производителей фотоэлектрических модулей в глобальном производстве (диаграмма основывается на данных журнала «Photon International») |
из журнала «Photon International». Из нее видно, что фотоэлектрические модули, произведенные фирмой Sharp, составляют больше, чем одну четверть глобального производства. В настоящее время производство их в Китае растет стремительно.
Китайская доля на рынке увеличивается заметно, и есть верный признак того, что эта тенденция продолжится. Произведенные модули имеют обычно высокое качество и оцениваются высоко. Тот факт, что китайские фирмы все больше принимают участие в выставках, подтверждает понимание их постоянно возрастающей значимости.
Массовое производство фотоэлектрических модулей в Чешской республике началось в 2005 г. Немецкая компании RWE-SCHOTT имеет завод в ValaSske Mezincf в Моравии. Японская компания Kyocera построила новую фабрику недалеко от населенного пункта Kadan. Вопросы, связанные с производством солнечных модулей в России, уже рассматривались в главе 2, а также представлены на рис. 18.119.
Объемы производства модулей различными предприятиями достаточно интенсивно изменяются в зависимости от разных факторов. Наиболее значимые производители фотоэлектрических модулей по состоянию на 2005 г. приведены на рис. 10.10.
Разрабатываемые в последнее время новые двусторонние фотоэлектрические панели имеют преимущество перед фотоэлектрическими модулями, разработанными до этого времени. Было доказано, что их использование выгодно. Иногда двусторонние и односторонние модули стоят почти одинаково. Отличие в производстве двусторонних модулей от производства стандартных панелей, заключается в том, что у двусторонних элементов тыльная сторона выполнена из прозрачного ламината, а тыльные контакты изготовлены не в полноразмерном варианте (сплошные), как у стандартных односторонних элементов, а представляют собой контактную сетку, аналогичную располагаемой на лицевой панели.
Модуль оптимизирован по потоку радиации, поступающей на переднюю сторону, но фотоэлектрическая эффективность радиации, поступающей на обратную сторону, всего лишь немного ниже. Кроме того, двусторонние модули на основе c-Si прозрачны для излучения в инфракрасной области спектра с длинами волны X > 1100 нм, то есть для энергий фотонов ниже, чем ширина запрещенной зоны кремния. Эта радиация составляет не более чем 20 % общего потока солнечной энергии. Пропорционально меньше радиации, преобразованной в теплоту, будет поглощено двусторонними фотоэлементами по сравнению со стандартными. Поэтому рабочая температура модулей на основе двусторонних элементов будет всегда ниже. Это связано с более высокой эффективностью фотоэлектрического преобразования солнечной энергии. Указанный факт согласуется с теорией полупроводников и был подтвержден экспериментально. Собственно двусторонняя панель показана на рис. 18.24, а двусторонний солнечный элемент на рис. 18.113.
Распределение объемов производства солнечных панелей по странам мира можно видеть на рис. 18.120. Этот рисунок иллюстрирует стремительный рост объемов их производства во всем мире, при этом отдельно следует отметить опережающие темпы роста производства панелей в Китайской Народной Республике. Если в начале века этот показатель был вообще незаметен, то сегодня объем выпуска панелей в КНР вместе с Тайванем превосходит объем производства ФЭМ в Европе, США и Японии вместе взятых.
Общие производственные мощности для производства солнечных батарей в России около 20 МВт/год, а реально производится около 5 МВт/год. Потенциал выпуска солнечных модулей в России существенно превосходит объем выпускаемой продукции (рис. 18.119). Это означает, что при увеличении спроса на солнечные модули и элементы на рынке российская промышленность в состоянии оперативно отреагировать на рыночный спрос.
До настоящего времени промышленностью практически всех стран мира выпускаются солнечные модули, собранные из планарных фотоэлементов, а применяемые технологии представляются приемлемыми.
Наиболее распространенной, как уже указывалось выше, является технология ламинирования с применением пленок на основе сополимера этилена с винилацетатом (EVA).
Основными недостатками этой технологии являются высокая энергоемкость процесса, ограниченный срок эффективной эксплуатации модуля (20 лет), обусловленный недостаточной свето-, термо - и атмосферостойкостью, высокой коррозионной активностью EVA, а также невозможностью использования таких модулей в системах с концентрацией солнечного излучения, превышающей 1,5-кратную [76, 118].
В последние годы широкое распространение получили модули на основе тонкопленочного аморфного кремния. Эти модули характеризуются тем, что они не собираются из отдельных, заранее изготовленных солнечных элементов,
Рис. 10.11. Структура пленочных фотоэлектрических панелей на основе толькоаморфного (а) и аморфного и микрокристаллического (6) кремния:а - одинарный переход a-Si; 6 - двойной переход a-Si/ p-cSi;
1 - переднее стекло; 2 - передний контакт ZnO; 3 - задний контакт ZnO;
4 - отражатель; 5 - заднее стекло
а изготавливаются целиком на специальных стеклах большой площади. Такие модули, установленные на солнечной станции вблизи города Гота (ФРГ, Тюрингия), можно видеть на рис. 18.144. Панели производятся как только на аморфном (рис. lO. l 1, а), так и на аморфном и микрокристаллическом (рис. 10.11, б) кремнии. В последнем случае панели обладают более высоким КПД.
Такие модули получили широкое распространение только в последнее время, но установленная мощность СЭС на их основе постоянно возрастает. На рис. 18.145 представлено изображение общего вида уже упоминавшейся выше солнечной станции вблизи города Гота в ФРГ, а на рис. 18.146 показано монтажное устройство для установки модулей в составе солнечной станции. Как мы видим, это очень простая конструкция. В значительной степени благодаря этой простоте СЭС «Гота» была смонтирована и запущена в эксплуатацию в течение всего двух месяцев.
Производство рассмотренных выше модулей представляет собой достаточно сложный комплекс (рис. 10.12). На рис. 18.122 представлен внешний вид производственных участков на предприятии по производству пленочных модулей.
В последние годы в мировой практике получили достаточно широкое распространение так называемые ФЭТ технологии (PV Thermal Technologies) [119, 120, 122 - 124, 126, 128]. Фотоэлектрический тепловой (ФЭТ) модуль представляет собой устройство, объединяющее в себе и фотоэлектрический модуль, и гелиоводонагреватель (рис. 10.13).
Таким образом, фотоэлектрические тепловые (ФЭТ) модули представляют собой устройства, преобразующие солнечную энергию в электрическую с помощью фотоэлектрических (ФЭ) элементов и в тепловую с помощью теплового поглощающего элемента (абсорбера), т. е. ФЭТ устройство позволяет
| Рис. 10.12. Технологический комплекс производства тонкопленочных солнечных панелей (Презентация Маздар PV) |
| Рис. 10.13. Схема образования ФЭТ модуля |
получать не только электрический ток, но и горячую воду одновременно. ФЭТ системы имеют большие перспективы практического использования, особенно в автономных системах энергоснабжения жилых малоэтажных зданий.
ФЭТ устройства могут сильно отличаться по конструкции: домашние ФЭТ системы горячего водоснабжения [161], вентилируемые ФЭ фасады или активно охлаждаемые системы с солнечными концентраторами [119, 120].
Различные вопросы, связанные с конструкцией ФЭТ модулей и их параметрами в различных условиях эксплуатации, рассмотрены в ряде обзорных работ, например в [158 - 160].
Некоторые примеры практического применения ФЭТ модулей приведены на рис. 18.156 (жидкостные ФЭТ системы) и на рис. 18.157 (воздушные ФЭТ системы).
Для ФЭТ модулей важно определить предельные значения распределения приходящей солнечной радиации на выработку электроэнергии, с одной стороны, и горячей воды, с другой стороны. Это соотношение в первую очередь оп-
ределяется природой самого солнечного излучения (спектральный состав) [138, 139] и параметрами полупроводникового материала, на основе которого выполнены солнечные элементы. Специально выполненные исследования позволили оценить это соотношение [130].
В ВИЭСХе проведен комплекс научно-исследовательских работ по изучению параметров ФЭТ модулей в различных условиях. Для этого была разработана специальная аппаратура [126, 157], которая обеспечивала проведение испытаний ФЭТ модулей в натурных условиях при постоянном контроле метеопараметров, в том числе уровня приходящей солнечной радиации.
Рассмотрены системы энергоснабжения на основе когенерационных ФЭТ модулей с тепловыми насосами [131]. Разработана математическая модель ФЭТ модуля, функционирующего в составе комбинированной системы теплоснабжения на основе теплового насоса [132].
msd.com.ua
какие они бывают и как их выбирать?
Сегодня на рынке представлен достаточно солидный ассортимент самых разных гелиопанелей. Солнечные модули различного назначения, мощности, типов, габаритов и даже дизайна предлагают многие компании. Однако далеко не все из них соответствуют заявленным характеристикам и обладают должной эффективностью. И дело здесь вовсе не в каких-то конструктивных особенностях. Дело прежде всего в том, что очень многие фирмы предлагают изделия заведомо низкого качества, изготовленные из малоэффективных материалов и способных прослужить максимум пару сезонов.
Но ведь обустройство гелиосистемы само по себе достаточно затратно, поэтому для ее продуктивной работы необходимы только надежные и проверенные составные элементы. Именно поэтому к выбору солнечных модулей стоит подойти со всей ответственностью. Конечно, можно сделать подходящий гелиоблок и своими руками, но тут все зависит от конкретных целей. Для дачного душа или летнего водоснабжения такой шаг вполне оправдан и экономически, и рационально. Но для более серьезных задач, например, электроснабжения дома или монтажа дополнительного контура отопления лучше все-таки использовать заводские модули. Просто потому, что, во-первых, все они будут иметь абсолютно одинаковые рабочие показатели (для самодельных вариантов добиться этого сложнее), а во-вторых, производитель дает соответствующие гарантии на свой продукт.
Итак, на что нужно в первую очередь обращать внимание при выборе солнечных батарей.
Бренд и его репутация
Вполне естественно, что изделия известной компании с отлаженным производством и собственным исследовательским отделом будут гораздо долговечнее, надежнее и эффективнее панелей никому не известной марки. Причем сегодня львиная доля гелиомодулей приходится на китайских производителей. Связано это с тем, что правительство Китая активно субсидировало развитие альтернативной энергетики, в результате чего качество модулей сравнялось с европейскими аналогами (а зачастую и превзошло их). Цена же фотопанелей из Китая существенно ниже.
Стоит обратить внимание, есть ли у фирмы свое производство гелиокомпонентов. Дело в том, что многие компании занимаются только сборкой модулей из готовых покупных блоков. Качество же этих блоков не всегда соответствует нормам. Продукция подобных «сборщиков» весьма дешева, но ее надежность и эффективность довольно сомнительны.
Гарантии производителя
Гарантия производителя – показатель качества и уверенности в своем продукте. Чем больше гарантия, тем лучше, поскольку это означает, что фирма абсолютно уверена в надежности и производительности своих солнечных модулей. Все солидные компании заявляют срок эксплуатации гелиопанелей не менее чем 25 лет.
Корпус
Корпус должен иметь прочную раму и несколько ребер жесткости. Солнечные модули – достаточно габаритные изделия, они имеют вполне ощутимую парусность, поэтому должны полностью противостоять ветровым нагрузкам. Толщина модуля также не должна быть слишком маленькой. Внешнее стекло – обязательно закаленное и ударопрочное, с антибликовой поверхностью (для предотвращения лишнего отражения лучей). Все стыки и швы должны быть надежно прогерметизированы, иначе внутри батареи будет образовываться конденсат и застаиваться влага.
Соединительные кабели, защитные диоды и разъемы
Каждая качественная солнечная панель должна иметь соединительную распаечную коробку с коммутационными кабелями и защитными диодами. Диоды необходимы для предотвращения образования обратных токов при затенении отдельных участков фотоячеек. Если их не будет, обратные токи могут вывести из строя все изделие. Соединительные же кабели и разъемы обычно устанавливаются на более мощных панелях (70 Вт и выше) для облегчения коммутации и обеспечения более надежных соединений.
Класс элементов
Все элементы для солнечных батарей подразделяются на несколько классов эксплуатации. Это А, В и С. Класс «А» обозначает, что в ходе всего заявленного срока использования падение рабочих характеристик модуля составит максимум 5%. Для класса «В» этот показатель – максимум 30%, для «С» - свыше 30%. То есть по мере использования фотоэлементы постепенно будут выдавать менее 70% от указанной производительности.
Количество элементов и расчетное напряжение
Номинальное напряжение – одна из важнейших рабочих характеристик. Именно от него зависит, какой аккумулятор использовать в системе и какой тип контроллера будет оптимальным. Определяется данное напряжение количеством фотоэлементов. Как правило, стандартные солнечные модули на 12 В изготавливаются из 36 фотоэлементов, независимо от их мощности. Мощность же на выходе прямо пропорционально зависит от площади этих элементов. Такие модули выдают до 18 В в точке максимального значения, и как раз это напряжение оптимально для зарядки 12-вольтного аккумулятора.
Выпускаются также модули из 72-х элементов, рассчитанные обычно на 24 В. Кроме того, есть 72-элементные модули на 12 В. В них реализовано последовательно-параллельное соединение. Такие изделия более дешевы, поскольку делаются из частей фотоячеек (по сути – отходов), но при этом менее надежны из-за гораздо большего числа проводов, паяных соединений и потенциальных микротрещин.
Существуют также модули, в которых количество фотоячеек не кратно 36. Как правило, это нестандартные изделия, для эффективного использования которых необходим MPPT-контроллер, поскольку при применении PWM-контроллера потери вполне могут достигнуть 30% номинала.
Эффективность и тип ячеек
Сегодня производительность серийных солнечных батарей обычно не превышает 19%. Для потребителей эта цифра влияет прежде всего на габариты изделия, поскольку панель на 100 Вт с КПД 12% будет больше, чем такая же 100-ваттная панель с КПД 17%. Сама производительность определяется в первую очередь типом фотоячеек (моно-/поликремний, аморфный кремний).
Допустимые отклонения и температурный коэффициент
У всех солнечных модулей есть допустимые отклонения от заданных производителем рабочих показателей. Например, мощность изделия в зависимости от условий при заявленных 200 Вт может достигать 195 или 205 Вт. Как правило, такие вариации составляют не более единиц процентов от номинала. Температурный же коэффициент показывает, как влияет на выходную мощность окружающая температура, ее повышения и понижения. Этот показатель должен стремиться к нулю (то есть в идеале внешняя температура никак не должна влиять на энерговыработку).
Например, если стоит задача купить качественные, надежные и высокопроизводительные солнечные фотомодули, можно обратить внимание на продукцию компании Exmork. Изделия этого китайского бренда соответствуют классу эксплуатации «А» и имеют КПД до 15,7%. Они изготавливаются как из моно-, так и из поликремния. Корпус выполняется из прочной рамки анодированного алюминия и защищен специальным закаленным стеклом со светопроницаемостью до 97% (применяемым только для фотомодулей). Эти модули выдерживают ветровые нагрузки до 200 кг/м2, а рабочий диапазон составляет -40°С- +80°С. Гелиопанели имеют клеммную коробку с разъемами под пайку и винтами и класс герметизации IP65.
solarb.ru
