Плюсы и минусы солнечных батарей из аморфного кремния

Основные виды солнечных панелей

Современные проблемы энергетики делают различные виды солнечных панелей более востребованными и популярными. Благодаря развитию современных технологий солнечные панели становятся все более энергоэффективными. Происходит непрерывный рост спроса на экологичные и доступные источники электроэнергии.

На рынке имеется огромное множество солнечных панелей, что существенно усложняет их выбор. Любой человек, который решил обзавестись экологическим и безопасным источником энергии, попытается разобраться в классификации солнечных панелей. Попробуем понять какой вариант лучше подобрать для тех или иных условий использования.

Классификация солнечных панелей основана на типе производства, принципе действия, а также используемом материале. Солнечные панели могут быть пленочного и кремниевого типа. Кремниевые солнечные панели подразделяются на монокристаллические, поликристаллические и аморфные. Панели пленочного типа бывают следующих типов:

• С использованием теллуриада кадмия
• На базе селенида меди
• Полимерные

Кремниевые солнечные панели

Ключевая особенность солнечных панелей кремниевого типа заключается в материале, который используется при их непосредственном производстве. Панели кремниевого типа сегодня пользуются наибольшим спросом и популярностью на местном рынке. Столь большая востребованность обуславливается тем, что кремний широко распространен, доступен и обладает относительно небольшой стоимостью. Солнечные панели на основе кристаллов кремния обладают высокими показателями производительности. При производстве солнечных панелей применяются монокристаллы, поликристаллы и аморфный кремний. Попробуем разобраться, в чем же заключается их отличие между собой.

Монокристаллические солнечные панели

При производстве солнечных панелей данного типа используется кремний самой высокой степени очистки. Монокристаллические солнечные панели легко отличить по специфической форме элементов – с характерно скругленными углами, из-за чего готовое изделие немного напоминает соты. Монокристалл разрезается на тонкие пластины, толщина которых не превышает 250-300 мкм. Полученные элементы соединяются между собой посредством использования специальных электродов. Монокристаллические солнечные панели стоят ощутимо дороже своих аналогов, так как технология их производства весьма сложна. Монокристаллические солнечные панели обладают высокими показателями производительности, уровень их КПД варьируется в пределах от 18 до 25 процентов. На современном уровне развития фотоэлектрических технологий этот показатель считается весьма высоким.

Поликристаллические солнечные панели

При производстве элементов поликристаллической солнечной панели, кремниевый расплав подвергается постепенному охлаждению. При изготовлении поликристаллических солнечных элементов затрачивается существенно меньше энергии, технология их производства проще и дешевле, за счет чего поликристаллические элементы значительно дешевле монокристаллических. Это справедливо и для стоимости итогового изделия – солнечной панели. Однако, КПД поликроисталлических солнечных панелей существенно ниже – как правило, 12-18%. Это обстоятельство приводит, в частности, к тому, что поликристаллические панели одинаковой мощности тяжелее и больше по площади, чем монокристаллические. Известны утверждения со сслыкой на “практику” о том, что поликристаллические панели лучше работают в условиях низкой солнечной активности. За счет того, что поверхность элемента неоднородна, модуль поглощает солнечные лучи под разными углами, менее чувствителен к освещению в целом и лучше работает, например, в условиях облачности.

Аморфные солнечные панели

Этот вид солнечных панелей, который можно отнести, как к пленочным, так и кремниевым. Их производство основано на использовании пленочной технологии. Но амфорные солнечные панели обладают своей отличительной особенностью. При изготовлении аморфных солнечных панелей используется не кристаллический кремний, а силан – гидрид кремния, кремневодород или кремнийорганический полимер. Данный материал наносится на подложку внутри структуры самой батареи. Аморфные солнечные панели обладают наименьшим показателем эффективности и производительности, их КПД приравнивается к 5%. Однако, у данной технологии имеются и достоинства:

• Высокие показатели поглощения потока солнечных лучей (оптическое поглощение в 20 раз выше, чем у моно и поликристаллов, за счет этого можно использовать пленки аморфного кремния толщиной всего 0,5 – 1,0 мкм);
• Производство аморфного кремния – безотходно, за счет этого стоимость аморфных панелей ниже кристаллических;
• Эластичность и гибкость панелей;
• Эффективная работа панелей из аморфного кремния при пасмурной погоде и облачности.

Также имеется технологическая возможность соединения между собой свойств аморфных, поликристаллических и монокристаллических солнечных панелей в один гибридный вариант. Встречаются описания двухфазного материала, представляющего собой аморфный кремний с включениями микрокристаллов, данный материал по своим свойствам близок к поликристаллическому кремнию.

Сравнение моно, поли и аморфных солнечных батарей

При выборе модуля часто задается вопрос: какая солнечная батарея лучше – монокристаллическая или поликристаллическая, а может аморфная? Ведь они самые распространенные в наш век. Чтобы найти ответ, было проведено множество исследований. Рассмотрим, что же показали результаты:

КПД и срок службы

Монокристаллические элементы имеют КПД около 17-22%, сроки их службы не менее 25 лет. Эффективность поликристаллических может достигать 12-18%, служат они тоже не менее 25 лет. КПД аморфных составляет 6-8% и снижается гораздо быстрее кристаллических, работают они не более 10 лет.

Температурный коэффициент

В реальных условиях использования солнечные батареи нагревается, что приводит к снижению номинальной мощности на 15-25%. Средний температурный коэффициент для поли и моно составляет -0,45%, аморфного -0,19%. Это значит, что при повышении температуры на 1°C от стандартных условий кристаллические батареи будут менее производительными, чем аморфные.

Потеря эффективности

Деградация солнечных монокристаллических и поликристаллических модулей зависит от качества исходных элементов – чем больше в них бора и кислорода, тем быстрее снижается КПД. В поликремниевых пластинах меньше кислорода, в монокремниевых – бора. Поэтому при равных качествах материала и условий использования особой разницы между степенью деградации тех и других модулей нет, в среднем она составляет около 1% в год. В производстве аморфных батарей используется гидрогенизированный кремний. Содержанием водорода обусловлена его более быстрая деградация. Так, кристаллические деградируют на 20% через 25 лет эксплуатации, аморфные быстрее в 2-3 раза. Однако некачественные модели могут потерять эффективность на 20% уже в первый год использования. Это стоит учесть при покупке.

Стоимость

Тут превосходство полностью на стороне аморфных модулей – их цена ниже, чем кристаллических, из-за более дешевого производства. Второе место занимают поли, моно же самые дорогие.

Размеры и площадь установки

Монокристаллические батареи более компактны. Для создания массива требуемой мощностью понадобится меньшее количество панелей по сравнению с другими видами. Так что при установке они займут немного меньше места. Но прогресс не стоит на месте, и по соотношению мощность/площадь поликристаллические модули уже догоняют моно. Аморфные же пока отстают от них – для их установки понадобится в 2,5 раза больше места.

Светочувствительность

Здесь лидируют аморфно-кремниевые модули. У них лучший коэффициент преобразования солнечной энергии из-за водорода в составе элемента. Поэтому они, по сравнению с кристаллическими, в условиях слабой освещенности работают эффективнее. Моно и поли, при плохом освещении работают примерно одинаково – значительно реагируют на изменение интенсивности света.

Годовая выработка

В результате тестирования модулей разных производителей было установлено, что монокристаллические за год вырабатывают больше электроэнергии, чем поликристаллические. А те в свою очередь производительнее, чем аморфные, несмотря на то, что последние вырабатывают энергию и при слабой освещенности.

Можно сделать вывод, что солнечные батареи моно и поли имеют небольшие, но важные различия. Хотя mono все-таки эффективнее и отдача от них больше, но poly все равно будут пользоваться большей популярностью. Правда, это зависит от качества продукции. Тем не менее, большинство крупных солнечных электростанций собраны на базе полимодулей. Связано это с тем, что инвесторы смотрят на общую стоимость проекта и сроки окупаемости, а не на максимальную эффективность и долговечность.

Теперь об аморфных батареях. Начнем с преимуществ: метод их изготовления самый простой и малобюджетный, потому что не требуется резка и обработка кремния. Это отражается в невысокой стоимости конечной продукции. Они неприхотливы – их можно установить куда угодно, и не привередливы – пыль и пасмурная погода им не страшны.

Однако у аморфных модулей есть и недостатки, перекрывающие их достоинства: по сравнению с вышеописанными видами, у них самый низкий КПД, они быстро портятся – эффективность снижается на 40% менее чем за 10 лет, и требуют много места для установки.

Стоимость комплекта солнечных батарей для дома – плюсы и минусы

Солнечные батареи – один из вариантов для обеспечения электроснабжением частного жилого дома. Каждая отдельная единица батареи представляет собой ячейку квадратной или прямоугольной формы, состоящую из множества фотоэлектрических элементов, которые преобразуют тепловую энергию солнечного света в электрический ток.

Батареи, установленные на кровле жилого здания, позволяют владельцу осуществлять жизнедеятельность независимо от состояния общей системы электроснабжения. Элементы, способные преобразовать энергию солнца в полезную – это полноценная автономная электросистема, способная снабдить электрическим током каждый нуждающийся электроприбор.

Плюсы и минусы использования батарей

Солнечные батареи, как и любое другое устройство, обладает как положительными, так и отрицательными сторонами.

Плюсы:

1. Обособленность. Как уже было отмечено выше – подобная система является автономной, то есть позволяет не зависеть от стандартного производителя электроэнергии. Особенно этот положительный момент заметен тогда, когда в общей системе случаются перебои.
2. Экологичность. Система, состоящая из таких элементов полностью экологична. В процессе работы не происходит выработки вредных веществ. Это значит, что конструкция полностью безопасна для человека и окружающей среды.
3. Удешевление. На фоне общей инфляции и повышения цен, стоимость батарей падает из года в год. Это связано с развитием новых технологий, увеличением темпов производства и уменьшением себестоимости данного продукта. Также на отрицательную динамику стоимости оказывает влияние конкуренция. С каждым годом компаний, занимающихся монтажом и продажей солнечных элементов, становится все больше.
4. Окупаемость. Так как сама по себе солнечная энергия бесплатна, владелец терпит материальные затраты только на начальном этапе устройства данной конструкции – на приобретение материала и оплату услуги по монтажу. Если в доме ежедневно обслуживается достаточное количество электроприборов, срок окупаемости составляет всего несколько лет.
5. Долговечность. Солнечный элемент практически не подвержен естественному износу. Конструкция не требует регулярного обслуживания со стороны специалистов, поскольку в своем составе она не содержит движущихся компонентов, которые выходили бы из строя по физическим причинам — постоянного контакта между собой, трения и т. д.

Несмотря на значительное количество плюсов, конструкция также не лишена недостатков:

1. Низкий КПД. Привести точное фиксированное значение коэффициента полезного действия (КПД) для солнечных батарей очень трудно, поскольку солнечная активность напрямую зависит от географического расположения. В среднем КПД имеет значение 15%, что гораздо ниже, чем значение этого же параметра для прочих источников электроэнергии. В среднем 1 м2 площади солнечных элементов выдает значение мощности, равное 150 Вт. На деле этого не хватит даже для того, чтобы обеспечить стабильную работу домашнего компьютера.
2. Необходимость использования дополнительного источника. Территория нашей страны никогда не отличалась повышенной солнечной активностью. Чтобы избежать перебоев в работе системы электроснабжения на основе батарей в зимний период, либо в пасмурные дни, необходимо иметь резервные источники. Это может быть бензиновый генератор с номинальной мощностью в 4-5 кВт, который сможет обеспечить работу всех электроприборов в случае малой активности солнечных элементов. Также в качестве дополнительного варианта можно пользоваться стандартной общей системой электроснабжения.

В данный момент на рынке представлены четыре основных типа солнечных батарей:

Элементы на основе монокристаллического кремния. Идеально подходят для тех случаев, когда площадь, на которой предполагается разместить панели, ограничена – данные элементы обладают наибольшей мощностью из расчёта на одну единицу площади по сравнению с другими видами солнечных панелей. Исходя из этого соотношения несложно сделать вывод – КПД панелей из монокристаллического кремния самое высокое по отношению к другим видам батарей.

Элементы на основе поликристаллического кремния. Применение батарей такого типа идеально в том случае, если владелец не имеет ограничений по площади. Продукция этого типа дешевле предыдущей и благодаря особой структуре кристаллов кремния способна вырабатывать небольшой объем электроэнергии даже в пасмурную погоду.

Элементы на основе аморфного кремния. Батареи такого типа удобно применять в том случае, если плоскость крыши непостоянна – имеет изогнутые элементы в своей структуре (конек крыши либо элемент, образующий внутренний угол – ендову). Прилегая к поверхности, элементы из аморфного кремния полностью повторяют структуру кровли, являясь, к тому же, самоклеящимся материалом, который самостоятельно, без применения постороннего крепежа и лишних конструкций,надежно фиксируется на любой поверхности.

Панели на основе микроморфного кремния. Новинка среди всей линейки данной продукции. Солнечная энергия одинаково хорошо воспринимается элементами этого типа, как при попадании под прямым углом, так и под более острым значением угла. За счет того, что при производстве процент кремния не так высок, как в случае батарей остальных типов,производитель имеет возможность снизить стоимость для конечного потребителя.

Расчет стоимости солнечных батарей для дома. Пример расчета

При выборе системы такого типа как основного источника электроэнергии необходимо произвести правильный расчет для того, чтобы понять,способна ли данная система удовлетворить потребности всех электроприборов, находящихся в здании, и какое количество требуется для обеспечения их нормального функционирования.

Мощность. Для того, чтобы выяснить значение необходимой мощности фотоэлемента,нужно определиться с потреблением энергии (высчитать среднее значение в определенный промежуток времени, например в месяц). К примеру, в месяц общее количество потребляемой всеми электроприборами электроэнергии составляет 450 кВт*ч. Поделив эту цифру на 30, узнаем потребление энергии в сутки. Оно равняется 15 кВт*ч. В год, соответственно, 5400 кВт*ч.

После того, как стало известно базовое значение энергопотребления, необходимо познакомиться с понятием «инсоляция». Этот термин показывает значение солнечной активности в зависимости от времени года и имеет важное значение при расчете, поскольку максимальное и минимальное значение инсоляции для определенного региона может отличаться в несколько раз. Для наглядного примера примем значение солнечной активности (инсоляции) равным 2кВт*ч/м2.

Чтобы произвести итоговый расчет, нужно норму потребления в сутки разделить на значение солнечной активности в текущем месяце, а получившийся результат еще раз разделить на мощность панели, не забывая перевести ее из Ватт в Киловатты, разделив на 1000(300/1000=0,3 кВт).

Количество панелей=15 кВт*ч/2 кВт*ч/м2/0,3кВт=25 шт.

В случае получения дробного значения необходимо округлить результат в большую сторону (25,86=26шт). В приведенном примере значение инсоляции было принято с учетом летнего периода. В зимний период значение активности солнца уменьшается и находится в пределах от 0,5 до 1,3 кВт*ч/м2. Соответственно, подставляя эти значения в общую формулу, в итоге мы получаем большее количество панелей.

Стоимость

1. Наименьшую стоимость имеют панели на основе аморфного кремния. Исходя из расчета общей стоимости системы, цена за 1 Вт составит от 0,8 до 1,0 доллара.
2. Стоимость 1 Вт при использовании панелей на основе микроморфного кремния составит 1,0-1,3 доллара.
3. Батареи на основе поликристаллического кремния будут стоить в пределах 1,1-1,4 доллара за 1 Вт.
4. Самая дорогая – продукция на основе монокристаллического кремния. В этом случае стоимость составит около 1,5 доллара за 1 Вт.

Отзывы

Отзывы владельцев, использующих панели, как источник электроэнергии – неоднозначны. С одной стороны, иметь автономную систему, не зависящую от постороннего вмешательства, довольно удобно. С другой – регионов на территории нашей страны, активности солнца которых хватило бы для того, чтобы система из батарей стала основной, очень мало.

Поэтому при устройстве подобного источника приходиться задумываться о дополнительных, резервных систем, что ведет к дополнительным расходам.

Хотя, с развитием новых технологий, нехватка лучей солнца уже не так сильно сказывается на эффективности батарей, поэтому с течением времени все большее количество людей становится потребителями полезной солнечной энергии.