Гибкие солнечные панели из китая

Классификация и особенности современных фотоэлементов

Первую солнечную ячейку изготовили на основе селена (Se), однако низкий КПД (менее 1%), быстрое старение и высокая химическая активность селеновых фотоэлементов вынуждали искать другие, более дешёвые и эффективные материалы. И они нашлись в лице кристаллического кремния (Si). Поскольку этот элемент периодической таблицы является диэлектриком, его проводимость обеспечили за счёт включений из различных редкоземельных металлов. В зависимости от технологии изготовления существует несколько типов кремниевых фотоэлементов:

монокристаллические;
поликристаллические;
из аморфного Si.

Первые изготавливаются методом срезания тончайших слоёв от слитков кремния самой высокой степени очистки. Внешне фотоэлементы монокристаллического типа выглядят как однотонные тёмно-синие стеклянные пластины с выраженной электродной сеткой. Их КПД достигает 19%, а срок службы составляет до 50 лет. И хоть производительность изготовленных на основе монокристаллов панелей постепенно падает, есть данные, что изготовленные более 40 лет назад батареи и сегодня сохраняют работоспособность, выдавая до 80% своей первоначальной мощности.

Монокристаллические солнечные ячейки имеют однородный тёмный цвет и срезанные углы — эти признаки не позволяют спутать их с другими фотоэлементами

В производстве поликристаллических фотоэлементов используют не такой чистый, но зато более дешёвый кремний. Упрощение технологии сказывается на внешнем виде пластин — они имеют не однородный оттенок, а более светлый узор, который образуют границы множества кристаллов. КПД таких солнечных ячеек немного ниже, чем у монокристаллических — не более 15%, а срок службы составляет до 25 лет. Надо сказать, что снижение основных эксплуатационных показателей абсолютно не сказалось на популярности поликристаллических фотоэлементов. Они выигрывают за счёт более низкой цены и не такой сильной зависимости от внешней загрязнённости, низкой облачности и ориентации на Солнце.

Поликристаллические фотоэлементы имеют более светлый синий оттенок и неоднородный рисунок — следствие того, что их структура состоит из множества кристаллов

Для солнечных батарей из аморфного Si используется не кристаллическая структура, а тончайший слой кремния, который напыляют на стекло или полимер. Хоть подобный метод производства и является самым дешёвым, такие панели имеют самый короткий срок жизни, причиной чему является выгорание и деградация аморфного слоя на солнце. Не радует этот тип фотоэлементов и производительностью — их КПД составляет не более 9% и во время эксплуатации существенно снижается. Использование солнечных батарей из аморфного кремния оправдано в пустынях — высокая солнечная активность нивелирует падение производительности, а бескрайние просторы позволяют размещать гелиоэлекростанции любой площади.

Возможность напылять кремниевую структуру на любую поверхность позволяет создавать гибкие солнечные панели

Дальнейшее развитие технологии производства фотоэлектрических элементов вызвано необходимостью в снижении цены и улучшении эксплуатационных характеристик. Максимальной производительностью и долговечностью сегодня обладают плёночные фотоэлементы:

на основе теллурида кадмия;
из тонких полимеров;
с использованием индия и селенида меди.

О возможности применения в самодельных устройствах тонкоплёночных фотоэлементов говорить пока ещё рано. Сегодня их выпуском занимается только несколько наиболее «продвинутых» в технологическом плане компаний, поэтому чаще всего гибкие фотоэлементы можно увидеть в составе готовых солнечных панелей.

Типы фотоэлектрических преобразователей

Классифицируют промышленные солнечные панели по их конструкционным особенностям и типу рабочего фотоэлектрического слоя. Различают такие виды батарей по типу устройства:

гибкие;
жесткие.

Гибкие тонкопленочные солнечные панели постепенно занимают всё большую нишу на рынке благодаря своей монтажной универсальности, ведь установить их можно на большинстве поверхностей с разнообразными архитектурными формами.

Реальные характеристики солнечных панелей обычно ниже, чем указанные в инструкции. Поэтому перед их установкой дома желательно самому увидеть похожий реализованный проект

По типу рабочего фотоэлектрического слоя солнечные батареи разделяются на такие разновидности:

Кремниевые:
- монокристаллические;
- поликристаллические;
- аморфные.
Теллурий-кадмиевые.
На основе селенида индия- меди-галлия.
Полимерные.
Органические.
На основе арсенида галлия.
Комбинированные и многослойные.

Интерес для широкого потребителя представляют не все типы солнечных панелей, а только лишь первые два кристаллических подвида. Хотя некоторые другие типы панелей и имеют большие КПД, но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения.

Галерея изображений
Фото из
Монокристаллические панели легко угадать по белым квадратикам в уголках отдельных элементов

Поликристаллические панели рекомендуется ориентировать на восток и запад, а для южной стороны лучше приобрести монокристаллический модуль

Тонкопленочные солнечные панели популярны при изготовлении портативных туристических солнечных батарей

Солнечные панели с содержанием индия активно используются на космических спутниках

Мышьяк в солнечных батареях с арсенидом галлия становится токсичным только при прямом контакте с водой

Солнечные панели из редких металлов могут быть изготовлены любых размеров и формы

Органические солнечные панели пока что недоступны для массового потребителя из-за недостаточной испытанности технологии

Полимерные солнечные батареи имеют низкий КПД, поэтому распространения пока не получили

Массив монокристаллических солнечных фотоэлементов

Солнечная панель на основе поликристаллов кремния

Солнечная панель в виде пленки

Фотогальванические элементы из селенида индия-меди-галлия

Фотоэлемент на основе арсенида галлия

Солнечные панели со слоем теллурида кадмия

Производство органических солнечных панелей

Солнечная батарея из полиэфира

Кремниевые фотоэлектрические элементы довольно чувствительны к нагреву. Базовая температура для измерения электрогенерации составляет 25 °C. При её повышении на один градус эффективность панелей снижается на 0,45-0,5%.

Далее будут подробно рассмотрены солнечные панели, которые представляют наибольший потребительский интерес.

Установка

Монтировать панели допускается практически как угодно – вертикально, горизонтально, под наклоном. Однако следует учитывать, что максимальную отдачу модули дают при падении солнечных лучей на рабочую поверхность перпендикулярно. При этом нужно обеспечить и максимальное время облучения.

Отсюда – некоторые рекомендации по установке:

Ориентировать фотоприемники на юг.
Располагать панели под углом, равным широте местности.
Изменять (по возможности) угол наклона на 20% — увеличивать зимой и уменьшать летом.

Следует также позаботиться, чтобы в течение всего светового дня модули не подвергались затенению деревьями на участке или другими зданиями. В этом случае удастся обеспечить максимальную мощность генерации. Особенно критично это для монокристаллических батарей, отдача которых существенно снижается в рассеянном свете.

Область применения аморфных модулей

Аморфные модули рекомендуется применять в следующих случаях:

в регионах с обычно облачной погодой (рассеянный или отраженный свет)
в жарком климате, когда модули обычно нагреваются более 50-60 градусов
если нет ограничений по площади и максимальному весу солнечной батареи
если нужно интегрировать фотоэлектрические модули в здание — аморфные модули практически невозможно отличить от тонированного стекла. В отличие от традиционных кристаллических, тонкопленочные модули могут быть использованы для различных дизайнерских и конструкторских решений. В дополнение к традиционной установке на крыше, прочные, стильные и изящные фотоэлектрические модули из аморфного кремния широко применяются для отделки фасадов зданий как отдельные элементы, архитектурные композиции и решения, что до последнего времени считалось невозможным.
если нужна частичная прозрачность модулей — аморфные модули можно делать с прозрачностью от 5 до 20% (с соответствующим уменьшением вырабатываемой мощности).

Современные аморфные модули имеют такую же деградацию, как и кристаллические модули. Производитель дает гарантию на то, что мощность модулей снизится не более 10% от номинальной за 10 лет эксплуатации, и не более 20% — за 25 лет эксплуатации. Это соответствует деградации и гарантиям на модули из кристаллического кремния.

Как упоминалось выше, тонкоплёночные модули вырабатывают больше энергии на ватт установленной мощности. Это подтверждается многолетними испытаниями солнечных модулей различного типа в Институте Высоких Температур (ИВТАН) в Москве. Результаты испытаний показывают, что на кВт установленной мощности тонкоплёночные модули в условиях Москвы вырабатывают 726 кВт*ч/кВт/год, в то время как обычные монокристаллические модули — около 690 Вт*ч/кВт/год.

Год	Месяц года	среднесуточный уровень инсоляции, Вт/м²	TSM210SB*	TSMC140	TCM200	MSW180	Canadian Solar 210Вт ELPS*	GET AT2**	MLT 265
2015	11	21,7	11,4	14,2	11,8	11,7	11,2	12,6	12,1
2015	12	10,9	4,6	6,6	5,1	6,1	4,6	5,5	5,2
2016	2	40,9	12,9	13,0	12,1	13,3	12,7	12,5	12,5
2016	3	108,8	61,9	55,8	68,5	68,0	66,3	66,8	55,4
2016	4	128,7	82,1	79,7	80,6	66,4	84,0	82,4	66,1
2016	5	172,1	110,6	100,1	108,8	57,8	112,2	114,0	106,8
2016	6	182,7	117,2	113,0	112,9	108,9	116,7	119,5	113,4
2016	7	172,5	115,1	112,9	108,0	106,2	111,6	116,1	108,7
2016	8	177,1	109,6	107,0	107,2	104,3	109,3	115,5	55,1
2016	9	75,8	46,8	46,8	45,1	46,0	46,3	47,4	30,9
2016	10	38,3	24,0	24,4	23,4	24,4	23,7	23,2	23,6
2016	11	23,0	10,4	12,4	10,5	9,9	8,9	10,3	10,6
ИТОГО, кВтч/кВт			706,821	685,841	693,9975	623,045	707,50095	725,8357	600,3249

*В модуле Телеком-СТВ TSM210SB используются высокоэффективные солнечные элементы SunPower. В солнечном модуле Canadian Solar также применены высокоэффективные солнечные элементы, сделанные по проприетарной технологии ELPS **GET AT2 — тонкопленочный модуль из аморфного кремния, второго поколения (см. выше).

Какую солнечную панель выбрать?

Выбор солнечных панелей для загородных домов на широте 45-60° не труден. Здесь стоит рассматривать лишь два варианта: поликристаллические и монокристаллические кремниевые панели.

При дефиците места предпочтение лучше отдать более эффективным моделям с односторонней ориентацией кристаллов, при неограниченной площади рекомендуется приобрести поликристаллические батареи.

Ориентироваться на прогнозы аналитических компаний развития рынка солнечных панелей не стоит, ведь лучшие их образцы, возможно, ещё не изобретены

Выбирать конкретного производителя, требуемую мощность и дополнительное оборудование лучше при участии менеджеров компаний, занимающихся продажей и установкой такого оборудования. Следует знать, что качество и цена фотоэлектрических модулей у крупнейших производителей отличаются мало.

Следует учитывать, что при заказе комплекта оборудования «под ключ», стоимость самих солнечных панелей будет составлять всего лишь 30-40% от общей суммы. Сроки окупаемости таких проектов составляют 5-10 лет, и зависят от уровня энергопотребления и возможности продажи излишков электроэнергии в городскую сеть.

Некоторые мастера предпочитают собирать солнечные батареи собственноручно. На нашем сайте есть статьи с подробным описанием технологии изготовления таких панелей, их подключению и обустройству отопительных гелиосистем .

Советуем ознакомиться:

Как сделать солнечную батарею своими руками: инструктаж по самостоятельной сборке
Солнечные системы отопления: разбор технологий обустройства отопления на базе гелиосистем
Схема подключения солнечных батарей: к контроллеру, к аккумулятору и обслуживаемым системам

Самые интересные достижения в мире тонкопленочных модулей

2 года назад специалисты лаборатории МГУ разработали рулонные органические солнечные батареи на основе полимера в качестве активного слоя и гибкой органической подложки. Их КПД составлял всего 4%, зато они могли эффективно работать при температуре 80°С в течение 10 тысяч часов. На этом их деятельность не закончилась, исследования ведутся постоянно, основным направлением выбраны солнечные элементы на основе полимерных материалов.

Специалисты федеральной лаборатории технологий и материаловедения в Швейцарии создали солнечный элемент на полимерной подложке с КПД 20,4%. В качестве полупроводника использовались 4 элемента: селен, индий, галлий и медь. На сегодняшний день это рекордный показатель для СЭ, выполненных на основе перечисленных элементов. Предыдущий рекорд составлял 18,7%.

Для тонкопленочных фотоэлементов на основе индия, селена и меди, максимальное значение КПД на сегодня оставляет 19,7%. Такого показателя смогла добиться японская компания Solar Frontier. Поглощающие пленки на фотоэлементы наносили методом напыления, используя термическую обработку в парах селена.

Ну и самой интересной разработкой можно назвать «тканевые» солнечные панели. Японские ученые решили соединить крошечные цилиндрические солнечные элементы размером всего 1,2 мм и тканевое полотно. Такое необычное решение позволит создавать высокотехнологичные материалы для одежды и переносные тенты.

Займет ли тонкопленочная технология первое место при производстве солнечных элементов, покажет будущее. Но судя по активным исследованиям, ведущимся в данной области, и по неплохим результатам, вполне возможно, что в ближайшем будущем ученые все-таки смогут создать не просто эффективные солнечные батареи, но еще и доступные при этом широким слоям населения.

В этом ролике рассказано о солнечных модулях на базе тонкопленочной технологии, которые позволяют преобразовать в электроэнергию до 10% солнечного излучения и при этом в полтора раза повысить эффективность фотоэлементов, а расход кремния при производстве сократить в 200 раз!

Устройство солнечной батареи и принцип работы

Принцип работы солнечной батареи заключается в фотоэлектрическом эффекте, или эффекте полупроводников. Это способность преобразовывать солнечные лучи в электрический ток.

Наиболее эффективным из всех известных полупроводников является кремний. Из него и изготавливают верхний слой/ пластину (n-слой (-) и p-слой (+)).

Работа конструкции начинается с того, что на фотоэлементы попадает солнечный свет. Кремниевые пластины нагреваются, и начинают высвобождаться электроны, которые захватываются атомами нижней пластины. Затем электроны направляются по проводникам к аккумуляторам, а потом снова возвращаются наверх.

Устройство солнечной батареи:

1.Корпус панели – для скрепления конструкции.

2.Блоки преобразования – кремниевые фотоэлементы (солнечная панель). Преобразовывают лучи солнца в ток. Подключают параллельно-последовательным способом. Это способствует получению наибольшей мощности и напряжения в электросети.

3.Аккумуляторы – основной и резервный. Накапливают электрический ток. Основной аккумулятор сразу снабжает дом током, а резервный – копит ресурс и включается при снижении напряжения.

4.Дополнительные устройства – контролеры, диоды. Контролеры следят за уровнем заряда аккумулятора. Диоды защищают от перегрева.

Устройство солнечной батареи

Подключение солнечной батареи

Солнечные батареи — какие перспективы у «зеленой» энергии?

В наше время, когда экология переживает далеко не самые лучшие времена, человечество всерьез озаботилось поисками источников энергии, которые не загубят экосистему окончательно и не закончатся сами через несколько десятков лет. Люди резко обратили свой взгляд с нефти и угля на Солнце, ветер и волны.По всему миру начинают строиться электростанции, которые используют эти «чистые» ресурсы, но их все еще мало и они не могут полностью обеспечить население и индустрию энергией.

будущее электроэнергии за солнцем

Будущее «зеленой» энергии

Один из самых перспективных вариантов развития экологически чистой энергетики – солнечная. Суть ее в получении энергии прямо от Солнца, свет которого в достаточном количестве поступает на Землю. Изначально энергия поступала от нашей звезды на поверхность планеты, где превращалась в тепло либо в органику с помощью растений. Именно растительные останки, такие, как нефть, газ, уголь или торф и использовались человечеством в его целях.

Прямое же преобразование солнечного света позволит провести процесс по другому, более короткому циклу. Это уменьшит потери энергии и его длительность. Кроме того, в ближайшие пять миллиардов лет поток света не пропадет, а, следовательно, этот источник энергии можно считать практически вечным. Еще один плюс использования Солнца – от него нет отходов. Никакие радиоактивные полураспавшиеся материалы не нужно захоранивать под землей, на дне или в космосе.

Плюсы и минусы солнечной электроэнергии

— Малая степень загрязнения окружающей среды;

— Малое время накопления энергии (в лучшем случае половину всего времени света нет);

— Высокая стоимость оборудования;

— Сложность создания и использования;

— Зависимость от погодных условий.

По расчетам ученых, уже через двадцать – тридцать лет большая часть энергии на Земле будет добываться из света.

Принцип применения солнечной энергии

Получать энергию из солнечного света можно двумя путями – через тепло или напрямую.

Первый способ гораздо проще. Для этого необходимо направить лучи на какой–либо объект, который, будет нагреваться, собирать тепло и проводить его далее по циклу. Как пример можно взять систему приготовления пищи с помощью Солнца.

преобразование солнечной энергии в тепло

Для этого устанавливается специальная система зеркал, которые собирают свет и направляют его на посуду, нагревая ее. Конечно, высоких температур таким образом достичь не удастся, но для разогревания чего–либо такая система вполне подходит.

преобразование солнечной энергии в электричество

Второй же способ подразумевает наличие специального элемента, преобразующего энергию квантов света напрямую в электричество. Это гораздо дороже, но и эффективность таких приборов на порядок выше. В настоящий момент такие системы используются для создания солнечных батарей – плоских панелей, преобразующих свет. Они применяются достаточно часто, в основном, как дополнительный источник энергии. В европейских странах создаются целые «фермы», состоящие из таких панелей с большой площадью, заменяющих другие электростанции.

накопители «зеленой» энергии

Преимущество таких панелей в том, что их можно располагать на любой горизонтальной поверхности – крышах, лужайках или, скажем, кепках

Отдельное внимание стоит уделить использованию таких систем в космонавтике, где из-за невозможности обеспечить аппараты топливом солнечные батареи занимают основное место в выработке энергии

Солнце – неисчерпаемый и мощный источник энергии, который отличается доступность и чистотой. Именно поэтому передовые разработки в области экологически чистой энергетики ведутся именно в области переработки света.

Безграничное применение солнечных батарей

Принцип работы солнечной электростанции в домашних условиях

Солнечная электростанция – это система состоящая из панелей, инвертора, аккумулятора и контроллера. Солнечная панель трансформирует лучистую энергию в электричество (как было сказано выше). Постоянный ток попадает в контроллер, который распределяет ток по потребителям (например, компьютер или освещение). Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный и обеспечивает работу большинства электрических бытовых приборов. В аккумуляторе накапливается энергия, которая можно расходовать в темное время суток.

Видео описание

Наглядный пример расчетов, показывающий, сколько панелей нужно для обеспечения автономного энергоснабжения, смотрите в этом видеоролике:

Как солнечная энергия используется для получения тепла

Гелиосистемы применяются для нагревания воды и отопления жилища. Они могут давать тепло (по желанию владельца) даже тогда, когда отопительный сезон закончится, и обеспечивать дом горячей водой бесплатно. Простейшее устройство представляет собой металлические панели, которые устанавливают на крыше дома. Они аккумулируют энергию и согревают воду, которая циркулирует по скрытым под ними трубам. Функционирование всех гелиосистем основано на этом принципе, несмотря на то, что конструктивно они могут отличаться друг от друга.

Солнечные коллекторы состоят из:

бака-аккумулятора;
насосной станции;
контроллера;
трубопроводы;
фиттингов.

По типу конструкции различают плоские и вакуумные коллекторы. У первых дно покрыто теплоизоляционным материалом, а жидкость циркулирует по стеклянным трубам. Вакуумные коллекторы отличаются большой эффективностью, потому что теплопотери в них сведены к минимуму. Этот тип коллектора обеспечивает не только отопление солнечными батареями частного дома – его удобно использовать для систем горячего водоснабжения и подогрева бассейнов.

Принцип действия солнечного коллектораИсточник 21ek.ru

Этапы монтажа батарей

Для установки панелей выбирается самое освещенное место – чаще всего это крыши и стены зданий. Чтобы устройство функционировало максимально эффективно, панели монтируются под определенным углом к горизонту. Учитывается также уровень затемненности территории: окружающие предметы, которые могут создавать тень (постройки, деревья и т. п.)
Устанавливаются панели при помощи специальных крепежных систем.
Затем модули соединяются с аккумулятором, контроллером и инвертором, и производится наладка всей системы.

Для монтажа системы всегда разрабатывается персональный проект, который учитывает все особенности ситуации: как будет выполняться установка солнечных батарей на крыше дома, цена и сроки. В зависимости от вида и объема работ, все проекты рассчитываются в индивидуальном порядке. Клиент принимает работу и получает на нее гарантию.

Установка солнечных батарей должна производиться профессионалами и с соблюдением мер безопасностиИсточник pinterest.ca

Как итог – перспективы развития солнечных технологий

Если на Земле максимально эффективной работе солнечных батарей мешает воздух, который в известной мере рассеивает излучение Солнца, то в космосе такой проблемы не существует. Учеными ведется разработка проектов гигантских орбитальных спутников с солнечными батареями, которые будут работать 24 часа в сутки. От них энергия будет передаваться на наземные приемные устройства. Но это дело будущего, а для уже существующих батарей усилия направлены на повышение энергоэффективности и уменьшение размеров устройств.