Поликристаллические кремниевые солнечные панели

Поликристаллические солнечные панели

Выбирая для установки и использования в энергетической системе своего загородного жилища солнечные фотоэлектрические модули, обязательно нужно изучить следующие рабочие параметры предлагаемой системы:

• Ее технические и функциональные характеристики;
• Указываемая производителем длительность срока службы солнечных панелей в различных природных условиях;
• Реальные показатели коэффициента полезного действия оборудования. Здесь также обязательно надо изучить производительность предлагаемого оборудования в различных погодных условиях, когда активность поступающих солнечных лучей меняется вместе с порой года и погодными условиями;
• Стоит определиться с типом фотоэлементов, используемых в солнечной электрической системе.

Поликристаллические и монокристаллические панели. Какому типу оборудования отдать свое предпочтение.

На сегодняшний день самыми распространенными стали фотоэлементы на основе ячеек из поли или монокристаллов. Вопрос выбора обычно стоит между двумя этими типами систем. Несмотря на то что монокристаллические и поликристаллические солнечные панели действуют по одному принципу, эти элементы имеют достаточно много различий между собой. Отметим, что говоря о различиях, имеется в виду, что не только разница в технических характеристиках и показателях эффективности, существуют различия и в поведении оборудования в различных широтах, при отличающихся погодных условиях. Итак, чтобы помочь выбрать какие все-таки типы солнечных фотоэлементов моно или поликристаллические, понадобятся именно в вашем случае, изучим суть вопроса и особенности производства.

Сравнение фотоэлектрических модулей

Кристаллический кремний и его свойства

Сегодня подавляющее большинство оборудования преобразующего энергию солнечных лучей в электрический ток в основе своего производства имеет кремний. К настоящему времени на рынке подобной продукции более 90% занимают солнечные панели, изготовленные на основе монокристаллического кремния. Этот вид солнечных энергетических установок в первую очередь предназначен к использованию в частном жилом фонде. Используемый в производстве солнечных модулей кремний имеет различные степени очистки. Градация данного параметра, присваемого качеству кремния, указывает на то, как в структуре его кристаллической решетки упорядочены молекулы. В данном случае чем качественней и более технически продвинуто производство кремния, тем лучше будет упорядочена молекулярная структура продукции, а значит, и коэффициент полезного действия создаваемых на его основе солнечных панелей. В основном при ссылке на этот фактор солнечные энергетические установки и делятся на различные виды и типы.

Конечно, добиться в промышленных масштабах отличной упорядоченности молекулярной структуры решетки кремния можно только на производствах с оборудованием и процессами технологий на высочайшем уровне, это очень затратный и дорогостоящий процесс. Из этого можно сделать вывод, что степень очистки, который проходит кремний, не имеет определяющего значения. Более весомыми параметрами, выступающими на переднем плане, в достигаемой производительности солнечных элементов и определения выбора при приобретении как раз выступает предлагаемая эффективность использования полезной площади оборудования, ее общая экономическая результативность. Теперь, исходя из описанного выше можно прийти к выводам, что кристаллический кремний выступает основным действующим элементом всех производимых сегодня солнечных элементов, и делятся они на монокристаллические и поликристаллические.

Выращивание кристалла кремния

Поликристаллические солнечные модули

Солнечные батареи, производимые на основе поликристаллических кремниевых элементов, созданы и выпущены на рынок сравнительно давно. Впервые они были предложены потребителю еще в 1981 году. В процессе их производства нет необходимости задействовать сложные и дорогостоящие высокотехнологические процессы. Производством не ставиться цель упорядочивания молекулярной структуры решетки кремния. Исходное сырье просто плавят и заливают в готовые формы для отливки. Далее, остывшие блоки делят на пластины стандартных размеров имеющие правильную форму квадрата. В результате на выходе мы имеем относительно недорогие и простые в использовании поликристаллические модули.

Поликристаллическая солнечная панель

В чем же достоинство оборудования на основе поликристаллических элементов?

• Приобретение и установка такого оборудования не повлечет вашего разорения. В результате остановки выбора на этом типе оборудования вы значительно сэкономите, так как в процессе производства довольно серьезно снижаются расходы материалов, дешевле обходится дальнейшая переработка и утилизация;
• Технологический процесс отличается намного меньшим в процентном соотношении количеством брака.

Пластины из поликристаллического кремния

Однако одновременно с этими неоспоримыми достоинствами поликристаллические фотоэлементы имеют и ряд некоторых недостатков:

• Поликристаллические солнечные модули хуже противостоят влиянию повышенных температур. Их разница в сравнении с аналогами на основе монокристаллов состоит в том, что влияние высоких температур разрушительно влияет на сроки службы всей системы, снижает показатели мощности. Но в связи с тем, что все-таки влияние на функциональные характеристики не столь существенно, особенно заострять на этом внимание нет необходимости;
• Следующий недостаток — это сниженная эффективность использования полезной площади, используемой в солнечной энергетической системе поликристаллических фотоэлементов, значительно ниже, чем у аналогичной продукции на моно кристаллах. Чтобы получить на выходе те же показатели мощности придется использовать большее количество панелей;
• Среди существенных недостатков выступают показатели производительности. В сравнении с батареями на основе монокристаллов, они значительно ниже. В данном случае цифры составляют от 13 до 18 процентов;
• Общий внешний вид конструкции. Поликристаллические панели имеют неоднородную поверхность. Однако если в процессе монтажа добавить специальные покрытия, этот недостаток совсем не будет заметен внешне.

Монокристаллические солнечные модули

Отличительной чертой, которой обладают монокристаллические батареи, где в основе производства использовался кремний, состоящий из монокристаллических молекулярных решеток – это их выраженная однородность расцветки рабочей пластины, а также всего внешнего вида. В результате обладания данными параметрами, определяются габариты зерен монокристаллического кремния. Непосредственно на производстве при использовании технологического сырья выращивается слиток монокристаллического кремния. Он имеет в своей основе довольно серьезные характеристики качества частоты и ровной структуры кристаллической решетки. Изготовление фотоэлементов, которые собирают в монокристаллические модули, осуществляется с применением слитков кремния, имеющих цилиндрическую форму. В процессе производства сам слиток обрабатывается со всех концов, что значительно повышает технические характеристики результативности работы конечного оборудования и его эффективность. Эта особенность производства влияет на окончательный внешний вид сборки монокристаллов – в результате все составляющие становятся совершенно одинаковыми с виду. В результате мы имеем высокоэффективные, работающие солнечные модули. Получается, что основное отличие во внешнем виде поликристаллических солнечных батарей от их аналогов где использовался монокристаллический элемент, будет в форме пластины элемента. Монокристаллические пластины в результате производства получают форму квадрата.

Монокристаллические солнечные модули, в чем их преимущество?

• В связи с качественным производством исходного элемента (высокой структурированностью молекулярной решетки монокристаллов), эти элементы обладают очень высоким коэффициентом полезного действия. Собранные по такому принципу солнечные энергетические установки на выходе обладают производительностью до двадцати процентов;
• Для получения равнозначной мощности необходима установка, размеры которой будут значительно меньшими по сравнению с аналогичными видами фотоэлементов, произведенных по менее качественным технологиям. Это означает, что если вам надо получить установку мощностью производства электрического тока на уровне 20 ватт, будет нужно приобрести и установить кремниевые батареи меньших размеров;
• И еще одно очень важное преимущество — это, конечно же, высокая долговечность эксплуатации такого оборудования. Монокристаллические пластины самые долговечные среди всего предлагаемого на рынке оборудования. При правильной установке и эксплуатации эти пластины верно прослужат вам по своему назначению не менее четверти века.

Монокристаллические солнечные модули

Монокристаллические солнечные фотоэлементы, в чем их недостатки в сравнении с другими типами фотоэлементов?

• В связи с особенностями производства исходного сырья, эти панели имеют вполне приличную стоимость покупки. В том случае если финансовый вопрос для вас имеет первостепенное значение, а коэффициент эффективности на вспомогательных ролях, то, конечно же, лучше выбрать для себя другие типы установок, например, поликристаллические;
• Значительную потерю производительности панели, а соответственно и всей энергетической установки, может повлечь даже незначительное загрязнение рабочей поверхности, в том числе и затемнение от листьев дерева или других внешних факторов. В целях нивелирования данного существенного недостатка, в цепочке с устанавливаемым оборудованием будет целесообразным установка микроинверторов. Их применение будет уравнивать функционирование всей системы вследствие возникновения ситуации, когда модули неравномерно освещаются.

Выводы

В заключение хотелось бы добавить, что, прежде чем выбрать вид солнечных модулей необходимых вам, для начала определитесь, в каких условиях будете их использовать, где будете устанавливать оборудование, каким бюджетом вы располагаете. Самой солнечной электрической системе неважно, какой именно тип батареи будет вырабатывать ток, основной фактор здесь – это показатели получаемой на выходе мощности и силы напряжения. Добиться нужного значения можно используя оба вида панелей, разница будет лишь в том, какую для этого придется задействовать площадь поверхности. И поэтому, если вас не особо волнует объем занятой площади, то без проблем приобретайте батареи на основе поликристаллов с немного большей площадью фотоэлементов. На приобретение этого оборудование вы потратите значительно меньше средств.

Источник

Моно- и поликристаллические солнечные панели

Поликристаллические солнечные панели или монокристаллические — традиционно первый вопрос при выборе. Оценивают и сравнивают КПД, стоимость, требуемое количество модулей, стабильность работы. Окупаемость во многом зависит от условий использования. Правильная оценка параметров, возможностей фотоэлектрических батарей позволит не переплачивать и выбрать выгодный вариант.

Важность свойств и технологии материала солнечных панелей

Основными устройствами для использования солнечной энергии, преобразования ее в электричество являются панели из плиток, пластин из специальных материалов, объединяемых в модули, массивы. Устройства также называют батареями, фотоэлектрическими, фотогальваническими элементами, но не надо их путать с гелио коллекторами, это разные изделия: первые вырабатывают электричество, вторые — тепло.

Модули из фотоэлектрических пластин, размещенные в освещаемом солнечным (ультрафиолетовым) светом месте, часто на крыше дома, поглощают излучение, которое преобразуется инвертором в ток, поступающий через стабилизаторы, контроллеры, аккумуляторы в электрическую сеть обслуживаемого объекта или для продажи в магистраль энергетических компаний.

Материал, технология создания пластин напрямую влияют на КПД, производство кВт/час, так как разные структуры могут более эффективно поглощать излучение, передавать его для процесса выработки электричества.

Типы солнечных панелей, что такое моно и поликристалл

Типы солнечных батарей:

• кремниевые — из кристаллов Si, твердые с определенной хрупкостью плитки. Стандарт, традиционные изделия. Наиболее эффективное, а возможно, единственное высоко результативное решение, если требуется основательная система в классическом ее понимании с хорошей отдачей, окупаемостью. Чаще всего их подразумевают, используя термин «солнечные панели»;
• пленочные — КПД в 3 раза ниже, чем у кремниевых, это эластичная пленка, которую можно наклеивать. Основное преимущество в легкости использования, монтажа, возможности модификации форм. Пленочные солнечные батареи — это инновация, изделие имеет потенциал для совершенствования, но на данное время для серьезной системы их сложно рассматривать. Эластичные фотоэлектрические элементы дороже кремниевых, не окупятся за свой срок эксплуатации, который намного меньший (10–12 лет против 15–20 лет);
• арсенид-галиевые, из аморфного кремния — особо продвинутые технологии, самые производительные батареи, но чрезвычайно дорогие, на рынке встречаются редко, это не массовая продукция.

Кремниевые фотогальванические батареи разделяются на монокристаллические, поликристаллические. Плитки панелей создаются формированием массы вокруг затравки из Si — именно в этом процессе и есть различия для указанных двух вариантов. Финишные этапы одинаковые — делают p-, n-переходы, устанавливают электроконтакты, токоведущие линии, наносят антиотражающий слой.

Монокристаллические батареи

Именно с появления в 1950 годах технологии для создания монокристаллов кремния началась революция в солнечной энергетике. По сегодняшний день метод не просто эффективный и актуальный, но единственный для создания наиболее эффективных солнечных монопанелей как массового товара.

Монокристаллические солнечные батареи (mono — один), как видно из названия, состоят из одного, цельного кристалла кремния.

Технология изготовления моно- и поли- фотоэлектрических плиток отличается, отсюда разные их свойства. В первом случае используется метод Чохральского — кристалл выращивается постепенно из расплавленного Si. Вокруг затравки из частички указанного элемента разрастается готовый продукт. По мере остывания образуется окончательный кремниевый элемент с цилиндрической геометрией.

Характерный признак монокристаллических солнечных панелей — однородность оттенка и структуры, что также свидетельствует о кремнии высокочистого состава. Цена, КПД — основное, в чем отличаются поли и моно гелио панели, если характеризовать их в общем и поверхностно, но эти критерии, как правило, главные для среднестатистической процедуры выбора.

Плюсы и минусы монокристаллических гелио панелей

Монокристаллические солнечные панели обладают такими достоинствами:

• самый высокий КПД среди подобных изделий — 15–23 %;
• требуется меньше панелей для аналогичной производительности по сравнению с поликристаллами, что также экономит место, трудозатраты, дополнительные устройства материалы (контроллеры, стабилизаторы, крепления) при установке;
• долговечнее — обычно гарантия производителя около 25 лет;
• кремний в таком виде не «стареет», не утрачивает с течением времени свойства, хорошо сохраняет производительность. Изнашиваются покрытия, пленки, контакты, но не сама плитка. Монокристалл имеет стабильные качества на протяжении всего срока службы.

Недостаток у монокристаллов только один — высокая цена.

Преимуществ и недостатки мультикристаллических солнечных панелей

Панели из плиток, состоящих из множества кристаллов, именуются «поли» или «мульти». Для изготовления применяется не долговременное наращивание и создание условий для медленного разрастания, а окунание затравки в ванну со специальной смесью кремния. После медленного остывания формируется структура с множеством кристалликов, сориентированных разнонаправленно. Затем производится нарезка прямоугольников, а из них — пластин, плиток нужных параметров.

Поликристаллические солнечные батареи имеют такие преимущества:

• намного дешевле, так как процесс создания менее трудозатратный, проще и более быстрый;
• при нагреве модуля выходная мощность снижается менее значительно.

• чистота Si ниже, чем в монокристаллических фотоэлектрических солнечных элементах, соответственно, КПД также ниже — 12–17 %.
• для аналогичного результата генерации электричества потребуется больше площади, соответственно, и модулей, чем при использовании монокристалла.

Сравнение технических параметров

Для удобства сравнения уместно отобразить технические параметры поли и моно панелей таблицей:

Характеристика	Монокристалл	Поликристалл
Структура	Зерна в одном направлении, параллельно.	Кристаллы разнонаправленные, не параллельные.
Технология	Цилиндрические образования из кристаллов нарезают на пластины, обрезают до квадратных форм.	Обрезаются изначально на прямоугольные заготовки.
t° изготовления	+1400	+800… +900
Форма	Прямоугольники, квадраты со скошенными углами (квази или псевдо прямоугольники).	Прямоугольники, квадраты, без срезанных углов.
Толщина	≤300 μm	300 500 μm
Стабильность	Высокая.	Изделие дорогое, но цена ниже, чем у монокристалла.
Стоимость	У монокристаллических панелей цена выше.
Окупаемость	Около 2 лет.	3–4 года.
КПД	15–23	12–17

Монокристаллические панели чаще черного цвета, поли — темно-синие, но это не категорическая характеристика. Два варианта плитки могут иметь и разные оттенки в зависимости от просветляющего, антиотражающего покрытия. Надо отметить, что параметр по стоимости относительный: развитие методов удешевления производства сделало разрыв минимальным.

Какие фотоэлектрические элементы лучше: поли или моно

По вопросу, какие солнечные батареи лучше — моно или поликристаллические — есть большая доля неопределенности. Категорически сразу отдать предпочтения в рекомендациях и советовать только одни из вариантов неправильно — надо оценивать условия использования и расчеты.

Чем больше кристаллы Si, тем выше КПД, поэтому моноэлементы намного результативнее и КПД у них выше, примерно на 10–15 %, чем у поликристаллов. Последние часто преподносят как менее эффективные. Приведенные утверждения верны, но они подлежат коррекции, так как важен расчет, исходя из цены за Ватт мощности, а он показывает, что поликристаллы обойдутся дешевле на 10–20 %.

Есть мнение, что поли элементы лучше функционируют при низком уровне освещенности. В сети даже есть сравнительные тесты. Не следует им доверять, это отдельные случаи, когда рассматривают конкретных производителей, то есть результат у изделий иных компаний может быть прямо противоположным. Зависимость КПД при тусклом свете от типа кристалла ничтожная, больше значение имеет высокое качество изготовления.

Срок службы, стабильность работы

Плитки поликристаллических батарей деградируют быстрее, но стоимость на 15–20 % ниже и это обычно является решающим фактором на их пользу при выборе.

Касательно стабильности работы: моно фотоэлектрические элементы однозначно лучше, но данный фактор не настолько значим и существенный, чтобы быть главной определяющей по вопросу, чему отдать предпочтение.

Итог: что выбрать в разных ситуациях и условиях

Когда подойдет поликристаллическая фотоэлектрическая панель:

• для установки на относительно больших крышах, земле, когда отсутствует недостаток в площади. Иногда нет смысла переплачивать, если места хватает с избытком и поставленные цели по количеству электричества можно достичь, используя более дешевый тип панелей;
• для ограниченного бюджета.

Монокристаллы лучшие, а порой незаменимые, когда площадь под установку ограниченная, например, маленькие крыши. Солнечные монобатареи производят больше энергии с единицы площади, но есть и минус: с повышением температуры (нагрева) выходная мощность (КПД) падает медленнее у поликристаллических элементов. Впрочем, по этому параметру (по температурному коэффициенту) часто все зависит от качества производства.

Особенности рынка

Основной объем на рынке принадлежит поликристаллическим солнечным панелям и причина этому — низкая цена. Однако тенденция меняется из-за удешевления производства и технологий, что позволяет применять новые решения (панели гетероструктурные, PERC и тому подобное) и устанавливать доступную цену. Рынок постепенно становится ориентированным не на стоимость, а на эффективность изделий и технологические нововведения. Данная тенденция усиливается, так как даже самые продвинутые технологии удешевляются из года в год.

Особые факторы, влияющие на эффективность

В большой мере на эффективность влияет технология. Например, модули n-типа имеют такие характеристики:

• меньшую деградацию от потенциала. Даже через 20 лет сохраняется прежняя производительность;
• более высокое КПД (кВт/час) на протяжении года;
• возможность создания двусторонних панелей (мощнее на 5–30 %).

В сети есть видео, где сравниваются разные поколения продукции, например, моно с двумя шинами и поли — с тремя. При увеличении количества этих элементов с двух до трех или применения уже становящихся стандартом четырех токосъемных шин эффективность фотоэлектрических панелей растет. Разница уже зависит от поколения. Не стоит игнорировать и качество исполнения. Последний фактор часто выступает причиной, почему у неизвестной торговой марки монокристаллическая солнечная батарея, которая должна быть лучше, показывает худшую работу, чем поли панель надежного бренда.

Какой информации не следует доверять

Много мифов касаются реакции солнечных фотогальванических элементов на излучение различных параметров. Одним из таких утверждений является то, что мультикристаллический модуль, лучше поглощает рассеянные и тусклые лучи, проникающее через облака, туман. Обосновывается это тем, что кристаллы размещаются хаотически, поэтому им доступен большой диапазон углов для восприятия ультрафиолета.

Приведенное выше утверждение является полностью ошибочным измышлением: на обработку и восприятие панелями рассеянных лучей света разнонаправленность кристаллов не оказывает никакого влияния. Тот, кто пропагандирует такое мнение, не имеет никакого представления как работает солнечная панель. Помимо этого, часто больше разницы можно наблюдать, когда применяются элементы p и n типа, нежели, когда оценивается работа поли и моно.

Отличия при разной освещенности могут быть, но обусловлены они только качеством изготовления, технологий, а не вариантом структуры кристалла. Поликристаллическое изделие надежного бренда может работать и даже быть долговечнее, чем монокристалл неизвестной компании.

Заключение

При объемном бюджете во всех случаях рекомендуется монокристалл, этот же тип панелей желателен, если есть ограничения по площади, если важен каждый десяток Ватт, максимально долгий срок службы изделия.

Если есть желание сэкономить на стоимости панелей, отсутствуют ограничения по площади, пользователь не гонится за максимальностью по производству кВт/ч — подойдут мультикристаллические панели. Меньшая производительность элементов не значит, что система будет менее эффективной и не окупится — все решают площадь установки и правильные расчеты. Такие фотоэлектрические панели устанавливают чаще в среднестатистических домохозяйствах.

Видео по теме

Источник