Солнечные батареи: классификация + обзор панелей отечественных производителей
Совсем недавно автономные системы энергообеспечения домов казались фантастикой. Сегодня они уверено входят в нашу жизнь. Рачительные европейцы уже довольно давно используют так называемые солнечные батареи для обеспечения своего жилья электроэнергией. В России такие системы пока еще только набирают популярность. Связано это с достаточно высокой стоимостью оборудования. Однако технологии его производства совершенствуются, и цена на устройства понемногу падает, делая их все более доступными для покупателей. Какие панели выбрать для частного дома? Давайте разбираться.
Принцип действия солнечных батарей
Устройства, преобразующие в электроэнергию солнечный свет, работают по довольно простому принципу. Чтобы его понять, достаточно вспомнить школьный курс физики. В частности освежить знания о том, что такое p-n переход. Именно он способен преобразовывать энергию света в электрическую. Это явление ярко иллюстрирует опыт с транзистором со спиленной крышкой. Свет падает на p-n переход, а подключенный к нему вольтметр начинает фиксировать незначительные значения электрического тока. При увеличении площади p-n перехода количество получаемой электроэнергии будет расти.
Принцип работы солнечных батарей основан на преобразовании световой энергии в электрическую. Большая площадь панелей позволяет вырабатывать больше энергии
Все современные фотоэлектрические преобразователи работают с использованием этого принципа. Относительно большие площади пластин с p-n переходами позволяют получать достаточное количество электроэнергии. Постоянному усовершенствованию подвергаются материалы и конструкция, благодаря чему растет коэффициент фотоэлектрического преобразования, он же КПД устройства. Величина напряжения и выходного тока солнечной батареи напрямую зависят от степени внешней освещенности устройства.
Типы фотоэлектрических преобразователей
Количество разновидностей современных солнечных батарей приближается к десятку. Каждая вариация имеет свои особенности. Все их можно условно поделить на две большие группы — кремниевые и полимерные пленочные. Рассмотрим более подробно каждую из них.
Кремниевые солнечные батареи
Устройства вырабатывают постоянный ток, который появляется вследствие попадания на кремниевую или кремневодородную пластину солнечного излучения. Особенности материала таковы, что лучи солнца, попадающие на него, сдвигают электроны с орбит атомов. Освобожденные электроны образуют электрический ток. Такие устройства отличаются максимальной эффективностью, но достаточно сложны в изготовлении, что делает их недешевыми. Существует несколько разновидностей кремниевых батарей.
Вид #1 — монокристаллические преобразователи
Отличительная особенность элементов такого типа – направленность светочувствительных ячеек строго в одну сторону. С одной стороны, это очень хорошо, поскольку позволяет получать наиболее высокий из всех аналогичных систем КПД. У монокристаллических преобразователей он достигает 22%. Однако для работы панель должна всегда быть развернута к солнцу, иначе энергоотдача резко снижается.
Рассеянный свет на закате или рассвете, в пасмурные дни дает очень небольшой результат, что делает монокристаллические преобразователи хорошим выбором для южных районов, где много солнечных дней. Внешне такие системы легко отличить по скошенным углам панелей, что обусловлено особенностями их изготовления, и глубокому черному цвету, который дают направленные в одну сторону ячейки.
Монокристаллические модули отличаются наиболее высоким КПД. Они состоят из ориентированных строго в одну сторону кристаллов кремния
Вид #2 — поликристаллические батареи
На пластинах расположены разнонаправленные кристаллы кремния, что дает более низкий по сравнению с монокристаллами КПД. Он составляет порядка 18%. Внешний вид панелей так же отличается. Они представляют собой пластины правильной квадратной формы темно-синего цвета. Неоднородность их структуры и цвета объясняется тем, что в их состав входят разнородные кристаллы кремния, а кроме того присутствуют некоторые примеси.
Поликристаллические солнечные батареи характеризуются неоднородной структурой и наличием ориентированных в разные стороны кристаллов кремния
Для изготовления поликристаллических панелей может использоваться не только первичный кремний, но и подготовленное вторичное сырье. Это объясняет наличие в оборудовании некоторого количества дефектов. Главное достоинство таких пластин – хорошая энергоэффективность при рассеянном свете, что делает их незаменимыми для местностей, где пасмурная погода не редкость.
Вид #3 — аморфные кремниевые панели
Аморфные элементы представляют собой очень тонкие слои кремния, которые получают напылением материала в вакууме. Основой становится фольга из высококачественного металла, пластик или стекло. КПД таких устройств невелик и составляет всего 6%. Это объясняется более быстрым, чем у пластин кристаллического вида, выгоранием кремниевых слоев под воздействием солнечной радиации. Как показывает практика, эффективность аморфных панелей через два месяца эксплуатации понижается примерно на 20%. По прошествии полутора-двух лет батарея может просто выйти из строя.
Модули, выполненные из аморфного кремния, отличаются невысоким КПД, зато они очень эффективно работают в условиях рассеянного светового потока
Однако их применение вполне оправданно. Светочувствительные ячейки ориентированы хаотично, что существенно повышает эффективность устройств в пасмурную погоду и при рассеянном свете. Кроме того степень поглощения поступающего светового потока у аморфных панелей почти в двадцать раз выше, чем у аналогичных кремниевых устройств-конкурентов. Безотходная технология производства таких батарей позволяет существенно снижать их стоимость. Внешне аморфные пластины можно отличить по темно-серому цвету.
Вид #4 — гибридные фотопреобразователи
Такие панели объединяют микрокристаллы и аморфный кремний. Свойства гибридных преобразователей светового потока очень близки к свойствам поликристаллических элементов. Единственная разница в том, что их производительность в условиях рассеянного света намного выше. Еще одно отличительное свойство таких панелей – способность преобразовывать в электрический ток не только излучение ультрафиолетового спектра, но и лучи инфракрасного диапазона.
Полимерные пленочные солнечные преобразователи
Перспективная альтернатива кремниевым батареям. Представляют собой пленку, состоящую из полимерного активного слоя, алюминиевых электродов, органической гибкой подложки и особого защитного слоя. Пленочные фотоэлементы объединяются между собой, в результате чего получается рулонная солнечная батарея. Такие устройства очень гибкие, компактные и легкие. Их стоимость несколько ниже кремниевых аналогов, поскольку в производстве не используется дорогостоящий кремний. Кроме того устройства более экологичны, поскольку оказывают на окружающую среду меньшее влияние.
КПД таких устройств невысок. Он составляет порядка 6,5%. В промышленных масштабах первые полимерные батареи начали выпускать в Дании. Процесс производства заключается в особой многослойной печати фотоэлемента на специальную гибкую пленку. Ее впоследствии можно резать, скручивать и изготавливать солнечные батареи практически любых размеров. Стоимость пленочных элементов на порядок ниже, чем у кремниевых. Однако найти такие панели в продаже пока еще очень сложно. Производство находится в ранней стадии развития.
Для изготовления полимерных солнечных модулей не нужен дорогостоящий кремний, что существенно удешевляет производство
Что предлагает рынок — обзор производителей
На российском рынке в большом ассортименте представлены поли- и монокристаллические панели. Большая их часть произведена в Китае, что не удивительно, поскольку эта страна – лидер по производству и продаже различных систем генерации солнечной энергии. На рынке так же представлена немецкая продукция от компаний SCHOTT и Calixo, японская от фирмы SHARP и товары российских компаний. Последние чаще всего занимаются сборкой солнечных элементов из комплектующих китайского производства.
Тем не менее, в России есть предприятия, производящие фотопреобразователи. Завод «Хевел», расположенный в Новочебоксарске, выпускает тонкопленочные гибридные панели. Завод «Сатурн» в Краснодаре специализируется на солнечных батареях, работающих на арсениде галлия. Последние большей частью предназначены для космической промышленности. Бытовые модули производят два предприятия: «Завод металлокерамических приборов» в Рязани и «Телеком-СТВ» в Зеленограде.
Отечественные производители выпускают различные типы кремниевых солнечных батарей
Завод в Рязани производит два основных типа устройств:
- RZMP-130-Т с диапазоном мощностей от 105 до 145 Вт.
- RZMP-220-Т с диапазоном мощностей от 200 до 240 Вт.
Устройства состоят из нескольких последовательно соединенных элементов. Панель покрыта высокопрозрачным закаленным текстурированным стеклом и помещена в алюминиевый профиль. Такая конструкция придает батарее прочность и защищает от неблагоприятных атмосферных воздействий. Стоимость таких устройств достаточно высока. К примеру, модель RZMP-130-Т, мощность которой 120 Вт, обойдется покупателю в более чем 16 000 руб.
«Телеком-СТВ» выпускает намного больше различных моделей солнечных батарей. Среди них поли- и монокристаллические модули, специализированные и особые гибкие батареи, а так же монокристаллические панели повышенной эффективности. Выходное напряжение может быть адаптировано как для высоковольтных систем (34-38 В), так и для низковольтных (17-18,5 В).
Кремниевые модули выпускаются в алюминиевой рамке, накрытые специальным текстурированным стеклом. Производитель дает на свои батареи пять лет гарантии и сертифицирует свое оборудование, хотя по закону это делать не обязательно. Зеленоградские панели более легкие и менее габаритные, чем рязанские. Стоимость их почти в полтора раза ниже, несмотря на то, что качество солнечных батарей неизменно высокое.
Солнечные модули на основе аморфного кремния от завода «Хевел» могут работать в различных климатических условиях
Завод «Хевел» единственный в России, выпускающий модули по микроморфной технологии. Это пластины, выполненные на базе аморфного кремния с некоторым количеством вкраплений микрокристаллов. Панели эффективно работают в условиях рассеянного света и уверенно конкурируют с поли- и монокристаллическими батареями. Предприятие только начало выпуск продукции, поэтому найти ее пока можно не во всех магазинах. Стоимость таких панелей достаточно демократична. За устройство мощностью 125 Вт придется отдать порядка 10 000 руб, что несколько выше, чем у основного конкурента предприятия Тайваньского Green Energy Technology. Их продукция с аналогичными свойствами стоит около 7 000 руб.
Ассортимент солнечных батарей очень широк. И только человек, собирающийся приобрести фотопреобразователь, может решить, на каком варианте ему остановиться. При этом стоит учесть и мнение специалистов, которые рекомендуют для обустройства автономного электроснабжения дома остановить свой выбор на поликристаллических модулях. Понятно, что монокристаллические более эффективны, но не нужно забывать, что это достаточно условный показатель. Использование солнечных батарей становится все более популярным. Несмотря на свою дороговизну, эти устройства достаточно быстро окупаются. А главное, они позволяют получать необходимую электроэнергию практически «из ничего».
|