Сьогодні сонячні батареї стали реальними джерелами альтернативного електропостачання для приватного будинку. Вони широко представлені на ринку, а використання сонячної міні-електростанції виявляється досить вигідним. Таке положення обумовлено постійним зростанням виробництва сонячних панелей і додаткового обладнання, зниженням цін на елементи системи і, як наслідок, вартості генерації. Також хочемо порекомендувати вибрати найкращі сонячні батареї на сайті по найкращим цінам.
Принцип роботи сонячної батареї
Будь-яка сонячна батарея являє собою фотоелектричний перетворювач, що використовує для отримання електричної енергії світлову. Практичну цінність в даний час має фотоелектричний ефект в напівпровідникових матеріалах.
Ефект заснований на появі в неоднорідних напівпровідникових структурах вільних носіїв електричного заряду при впливі фотонів світла. Він спостерігається в різних напівпровідниках — на основі кремнію, арсеніду галію, телуриду кадмію, великих молекул полімерів.
За рахунок появи вільних носіїв, енергії яких недостатньо для подолання забороненої зони утворюється різниця потенціалів (напруга) між електродами елемента. При підключенні зовнішніх ланцюгів між ними виникає електричний струм.
Фотоелементи на базі різних напівпровідників перетворять в електричну енергію різні частини сонячного спектра так, кристалічні кремнієві модулі захоплюють до 80% випромінювання зі зміщенням в червону сторону, плівкові елементи на основі аморфного кремнію можуть працювати і в інфрачервоному діапазоні, діоксид титану поглинає фіолетові і ультрафіолетові промені.
У деяких лабораторних зразках дослідники впритул підійшли до 50%-й позначці. При отриманні таких же результатів у промисловому виробництві вартість генерації може знизитися більш ніж удвічі, в порівнянні з сучасним рівнем.
Види сонячних батарей
Основна ознака класифікації сонячних модулів-використовувані при виготовленні напівпровідникові матеріали. Сьогодні більше 80% займають сонячні панелі на основі кремнію. Саме ці типи отримали максимально широке комерційне застосування, їх пропонує переважна більшість працюючих в галузі продавців.
Монокристалічні кремнієві сонячні елементи
Монокристалічні сонячні батареї являють собою електрично з’єднані елементи, виготовлені з тонких (240 мкм) пластин монокристалу кремнію. Оптичні осі орієнтовані в одному напрямку, використовується матеріал високої (більше 99.99%) чистоти. Це забезпечує максимальну ефективність перетворення. При теоретично можливому для кремнієвого елемента ккд 30% у серійних зразків показник досягає 18-24%.
Зовні монокристалічні батареї легко відрізнити-вони мають глибокий чорний колір, елементу в процесі порізки надається форма правильного квадрата (прямокутника) зі зрізаними кутами.
Технологій виробництва таких сонячних батарей-рекордсмен за вартістю серед кремнієвих елементів. Висока ціна виробництва пояснюється складними процесами очищення сировини, вирощування монокристалу і його точної порізки.
В результаті монокристалічні батареї мають найвищу ціну-близько 0.9-1.1 долара на 1 вт потужності.
Є у таких елементів і інший серйозний недолік-через точну орієнтування оптичних осей кристалів, оптимальну віддачу можна отримати тільки при падінні сонячних променів перпендикулярно площині елемента. При істотній зміні кута освітлення, а також в розсіяному світлі спостерігається різке зниження генерації.
Полікристалічні кремнієві елементи
У полікристалічних батареях елемент включає безліч кристалів з хаотичною орієнтацією оптичних осей. Для їх виробництва не потрібна сировина з високим ступенем очищення — можуть використовуватися вторинні джерела (зокрема, перероблені кремнієві батареї), відходи металургійного виробництва.
В результаті вартість виготовлення значно знижується. Однак при цьому зменшується і ефективність перетворення-кращі зразки демонструють ефективність на рівні 15-18%.
Зовні полікристалічні являють собою правильної форми прямокутні пластини насиченого синього кольору. Вартість генерації «синіх» панелей становить близько 0.7-0.9: за 1 вт. При цьому вони демонструють значно менше зниження при розсіяному освітленні і падінні світла під кутами, відмінними від 90 градусів.
Аморфні кремнієві батареї
Виготовляються з аморфного (некристалічного) кремнію a-si, шляхом осадження на гнучку підкладку парів гідриду кремнію. В результаті утворюється домогтися стабільного фотоелектричного ефекту виходить вже при товщині плівки в кілька мікрон.
Технологічний процес значно здешевлюється за рахунок мінімальної кількості вимагається кремнієвої сировини, знижених вимог до його чистоти, відсутності складних операцій, таких як вирощування кристала і його порізка.
Ефективність перетворення становить близько 8-11%, вартість генерації лежить в межах 0.5-0.7% за 1 вт. Головний недолік таких батарей-низький ккд перетворення, що вимагає значної площі для забезпечення необхідної потужності. Однак він з лишком компенсується можливістю установки на будь – які поверхні-гнучка підкладка не вимагає рівних підстав і спеціальних конструкцій для монтажу.
Крім того, сучасні поліморфні модулі можуть працювати з інфрачервоним діапазоном, що істотно зменшує втрати ефективності при розсіяному освітленні. В результаті на частку аморфних елементів сьогодні припадає близько 10% світового ринку.
Сонячні батареї на основі телуриду кадмію (cdte) можуть стати реальною альтернативою кремнієвим елементам. В даний час вони демонструють ефективність перетворення, в середньому, на 20% вище аналогічних аморфних кремнієвих при вартості на 20% нижче. Досягається це за рахунок унікальних характеристик напівпровідника, що забезпечує оптимальну ширину забороненої зони.
Виготовляються такі панелі шляхом нанесення шару напівпровідникового матеріалу на тонкі плівки. Технологія поки доступна обмеженому колу виробників, проте серійний випуск таких батарей вже налагоджений американською компанією first solar.
Полімерні сонячні панелі
У полімерних сонячних модулях фотоефект забезпечує шар «полімерного напівпровідника» — великих молекул органічних сполук. В даний час технологія таких виробів близька до розгортання великомасштабного виробництва (деякі європейські компанії вже налагодили комерційний випуск).
За оцінками ефективність перетворення таких пристроїв лежить в межах 8-11%. За рахунок рекордно дешевого виробництва, використання гнучких полімерних матеріалів, відсутності проблем з утилізацією, в найближчій перспективі полімерні геліомодулі зможуть скласти серйозну конкуренцію вже випускаються виробам.
Виробниками також ведуться активні розробки сонячних панелей на основі:
- арсеніду галію, селенідів міді-індія-галію (cgis);
- гібридних технологій, в яких кілька напівпровідникових елементів на різній основі працюють в різних частинах сонячного спектра;
- фотосенсибілізованих осередків, з колбами гретцеля в якості робочого елемента;
- наноантенн, в яких сонячне світло як електромагнітне випромінювання індукує ерс та ін.
Вибір сонячних батарей
При виборі сонячних батарей необхідно визначити не тільки тип, але і електричні параметри – потужність і напруга.
Тип
Вибирають тип сонячної панелі з умов інсоляції (кількості сонячних днів, інтенсивності випромінювання):
- так, монокристалічні кремнієві батареї цілком підійдуть для установки в південних регіонах.
- у середній смузі і на інших російських територіях оптимальним варіантом будуть полікристалічні панелі, добреЗарекомендували себе в умовах розсіяного освітлення.
- у північних широтах слід звернути більш пильну увагу на аморфні модулі, які дозволяють створити значну площу батареї без додаткових монтажних робіт.
