Солнечные батареи: описание различных видов и материалов нового поколения

Как сделать правильный выбор

Для владельцев домов, расположенных на Европейском континенте выбор довольно прост — это поликристалл либо монокристалл из кремния. При этом, при ограниченных площадях стоит сделать выбор в пользу монокристаллических панелей, а при отсутствии таких ограничений — в пользу поликристаллических батарей. При выборе производителя, технических параметров оборудования и дополнительных систем стоит обратиться к компаниям, которые занимаются как продажей, так и установкой комплектов. Учитывайте, что вне зависимости от производителя — качество систем у «топовых» производителей вряд ли будет отличаться, поэтому не дайте себя обмануть, изучая ценовую политику.

Бюджетным, но эффективным выбором станут панели от компании Amerisolar, поликристаллическая модель носит название AS–6P30 280W, имеет размер 1640х992 мм и выдаёт, соответственно — 280 Вт мощности. КПД модуля составляет 17.4%. Из минусов — гарантия всего 2 года. Но стоимость ∼7 тыс. рублей. Аналогичным по мощности будет модуль RS 280 POLY от китайской Runda, стоимость ещё ниже — около 6 тыс

рублей

Если место ограничено, стоит обратить внимание на продукт компании LEAPTON SOLAR — LP72–375M PERC, КПД составляет 19.1%, и при размерах 1960х992 мм получаем на выходе 375 Вт энергии. Стоимость такой батареи будет в районе 10 тыс

рублей. Ещё одним эффективным вариантом с меньшими габаритами, 1686х1016 мм будет новинка от LG — NeOn 340 W. «Не он» может похвастаться КПД в 19.8%, но не может похвастаться стоимостью, она будет более чем в половину выше предыдущего образца — примерно 16 тысяч рублей

Для тех, кто хочет обратить своё внимание на премиальный сегмент, тайваньская компания BenQ выпустила на рынок монокристальный модуль SunForte PM096B00 333W, выдающий на выходе 333 Вт мощности, имеющий номинальный КПД в 20.4% при размерах 1559х1046 мм. Этот модуль получил впечатляющую стоимость в почти 35 тысяч рублей

Коэффициент полезного действия

Этим параметром обозначают эффективность процесса фотоэлектрического преобразования. КПД кремниевых (Si) пластин составляет 18-25%. Лучшие показатели обеспечивают многослойные панели (GaInP, Ge, GaAs) — до 32%.

Пиковая нагрузка и среднесуточное потребление

Выбирают компоненты оборудования после оценки максимального потребления. Этот параметр зависит от вида нагрузки. Индуктивный характер сопротивления электромотора, например, увеличивает пусковой ток. Оптимизируют режим эксплуатации ограничением мощности. Исключают одновременное подключение к автономному источнику питания электрических плит и кондиционеров, другой техники с большим потреблением энергии. Чтобы вычислить емкость АКБ, рассматривают 24-часовой рабочий цикл оборудования.

Перспективы развития использования солнечной энергии

Схема электросети при использовании солнечных батарей.

Установка на крышах домов в городах солнечных преобразователей очень перспективна для экономии электроэнергии, но требует государственной поддержки. Например, бытовым потребителям фотоэлектрической энергии в Германии субсидируют коммунальные платежи.

В государствах, где солнечные дни преобладают (Испания, Израиль), разрабатываются проекты жилых и промышленных зданий с солнечными батареями на крыше. Сложность технологии производства и высокая стоимость фотоэлементов не позволяют добиться массового производства.

Электромобили сегодня реально эксплуатируются, но в небольших масштабах из-за необходимости частых подзарядок аккумуляторов. Зарядка автомобильных аккумуляторов солнечными батареями — это прорыв в автомобильной промышленности по созданию конкурентоспособных электромобилей.

По долгосрочным техническим прогнозам к середине 21 века, себестоимость электроэнергии фотоэлементов приблизится к себестоимости ее типовых поставщиков. С точки зрения экологии, автономные мощные источники электроэнергии в виде солнечных батарей получат широкое распространение.

Тонкопленочные CdTe батареи

Тонкопленочные CdTe батареи

Солнечные батареи на основе теллурида кадмия (CdTe) могут стать реальной альтернативой кремниевым элементам. В настоящее время они демонстрируют эффективность преобразования, в среднем, на 20% выше аналогичных аморфных кремниевых при стоимости на 20% ниже. Достигается это за счет уникальных характеристик полупроводника, обеспечивающую оптимальную ширину запрещенной зоны.

Изготавливаются такие панели путем нанесения слоя полупроводникового материала на тонкие пленки. Технология пока доступна ограниченному кругу производителей, однако серийный выпуск таких батарей уже налажен американской компанией First Solar.

Количество элементов и напряжение

Количество элементов в солнечной панели должно быть:

для 12V – не менее 36шт

для 24V – 72шт или 60шт (PERC модули)

Одна “клетка” панели под нагрузкой вырабатывает в среднем 0,45-0,5В.

Ошибка №3
При этом общее напряжение вовсе не равняется 12В или 24В как некоторые думают, оно гораздо больше.

Объясняется это необходимостью компенсировать потери. Во-первых, из-за нагрева.

Ошибка №4
Чем жарче летний денек, тем больше энергии выработают панели.

На самом деле солнечные панели обожают свет, но при этом люто ненавидят жару. На черной крыше в середине июля панели могут нагреваться до +85 градусов.

Ячейки в этом случае уже не будут вырабатывать свои 0,45-0,5В. Потери напряжения могут доходить до 30%.

Наглядный график зависимости:

А вот результаты коротенького эксперимента. Температура панели и ее напряжение до охлаждения и спустя всего пару минут после. Солнце то же самое, просто панельку сверху полили холодной водичкой.

Не все знают, что технические характеристики, указанные на шильдике, рассчитаны на идеальную температуру в 25С. При отклонении на каждый градус потери изменяются примерно на 0,5%.

Поэтому точку максимальной мощности для солнечной панели 12V рассчитывают при напряжении 18В, а не 12В.

Прибавьте сюда потери в проводах и сопутствующем оборудовании.

Что касается напряжения холостого хода (это когда панель вообще ни к чему не подключена), то его величина превышает 20В (для 12V) и 30В (для 24V) соответственно. Зимой еще больше!

Из-за того, что инверторы очень не любят повышенного напряжения, его подключение напрямую без АКБ и нагрузки является самой частой причиной выхода из строя девайса.

Ошибка №5
Поэтому никогда не отсоединяйте аккумуляторы и не убирайте провода, оставляя панельку подключенной к инвертору без нагрузки.

Двусторонние солнечные модули

Одними из первых модули с двусторонней чувствительностью разработал российский производитель в Краснодаре – завод “Солнечный Ветер”. Мы продавали двусторонние модули еще 15-20 лет назад. К сожалению, в 2012 году завод закрылся, и с тех пор в России двусторонние модули больше не выпускаются. Но последние несколько лет все больше производителей стало выпускать такие (Bifacial) модули. В основном они изготавливаются из элементов n-типа (“Солнечный ветер” был одним из первых в мире, кто освоил производство солнечных элементов n-типа). 

По конструкции такие модули могут отличаться по исполнению задней защитной части. Это может быть или прозрачная EVA пленка, или стекло (double glass). Модули с двойным стеклом имеют лучшую надежность и больший срок службы по сравнению со стандартными модулями с защитной пленкой. Модули могут быть с алюминиевой рамой и безрамными.

Как отличить по настоящему двусторонние модули от односторонних с прозрачной задней пленкой или двойным стеклом (такие тоже есть на рынке)? Настоящие двусторонние модули имеют токосъемную сетку с обеих сторон солнечного элемента.

Двусторонние солнечные модули на трекере

Традиционно двусторонние модули использовались только при установке на земле в таких условиях, когда отраженных от земли солнечный свет мог попадать на заднюю поверхность солнечной батареи. Например, при отражении от снега, от светлого песка и т.п. Даже при установке на светлых крышах достигалась добавка к выработке энергии (в среднем +10% по сравнению с односторонними модулями). 

Учитывая, что чувствительность задней стороны в таких модулях идет бонусом и ничего не стоит, применение двусторонних модулей может быть привлекательным даже при том, что задняя поверхность не освещается. Они часто используются при строительстве навесов и полупрозрачных крыш, потому что свет проникает через незаполненные солнечными элементами промежутки. 

Еще одним преимуществом двусторонних солнечных модулей является меньший температурный коэффициент из-за того, что такие модули меньше нагреваются на солнце. 

Как устанавливать двусторонние модули?

Способ установки bifacial модулей зависит от их конструкции. Рамные модули обычно легче устанавливать потому, что традиционные монтажные конструкции больше адаптированы именно к рамным модулям. Многие производители двусторонних модулей снабжают своими специальными креплениями, это облегчает установщикам их работу. Безрамные модули крепятся с помощью специальных креплений с резиновыми прокладками (они есть у нас в ассортименте), и нужно быть аккуратными при затяжке болтов, чтобы не расколоть стекло.

Количество энергии, которое генерируется тыльной стороной модуля, зависит от угла наклона солнечной батареи. Нужно обеспечивать попадание отраженного от поверхностей света на заднюю часть модуля. Несмотря на то, что в двусторонних фотоэлектрических модулях используются специальные тонкие клеммные коробки, которые практически не затеняют тыльную сторону элементов, сама монтажная конструкция может частично затенять тыльную часть солнечного модуля. В идеале нужно проектировать монтажную конструкцию с учетом используемых модулей с двусторонней чувствительностью, чтобы она минимально затеняла тыльную сторону солнечной батареи от отраженного света.

Вот некоторые производители, которые делают двусторонние модули:  LG, LONGi, Lumos Solar, Prism Solar, Silfab, Sunpreme, Trina Solar и Yingli Solar. С увеличением количества производителей двусторонние модули переходят из нишевого продукта в майнстрим. Думаю, мы увидим через несколько лет, что bifacial модули занимают существенную долю рынка солнечных модулей.

Видео от JA Solar, в котором рассказано о технологиях, применяемых в  современных солнечных модулях

В рекламируемом модуле применены технологии:

1. PERC (пассивированный задний контакт)
2. Half-cut cells (половинные солнечные элементы)
3. Multi busbars (увеличенное количество токосъемных шин – 9 в данном случае)
4. bifacial cells (двусторонная чувствительность элементов), даны цифры по увеличению выработки солнечными панелями за счет двусторонней чувствительности
5. double glass panels (двойное защитное стекло) увеличивает срок службы и выработку солнечных панелей за счет уменьшения деградации с течением времени.

Срок службы комплектующих

Так как солнечные батареи являются достаточно молодой технологией, то некоторые данные о сроке службы их компонентов могут быть примерными. Например, панели – на них производители обычно дают гарантию 10 лет. При этом, известно, что в первые 10 лет работы выработка электроэнергии панелью падает на 10 %, что прямо указывается в гарантийных обязательствах. Срок службы панелей предполагается 25-30 лет и по прошествии этого времени выработка падает на 20 % от первоначальной. То есть, за 25-30 лет панель теряет всего лишь пятую часть мощности и продолжает работать.

Разумеется, современные производители не имеют возможности подождать четверть века, чтобы точно выяснить, как будут вести себя солнечные панели, поэтому, вынуждены использовать специальные методы исчисления. Но один факт зафиксирован чётко – самая первая солнечная панель была запущена в работу 60 лет назад и работает до сих пор. При этом, падение её мощности составляет не больше чем 30 %.

Одна из первых современных солнечных панелей – до сих пор работаетИсточник dailymail.co.uk

Гарантия на инверторы от известных производителей составляет порядка 10 лет, а срок службы уже зависит от правильного использования устройства. Если нет регулярных перегрузок или скачков напряжения, то качественный инвертор может проработать не меньше солнечных панелей.

«Самое слабое звено» солнечных батарей – это аккумуляторы. Гарантия на эти устройства колеблется от 2 до 5 лет, а предполагаемый срок службы зависит от количества циклов разряда/заряда, но для современных устройств составляет 10-12 лет.

Как итог, если не случится каких-либо форс-мажорных обстоятельств, то солнечная батарея прослужит как минимум 25 лет. Если выбрана комплектация с аккумуляторами, то примерно через 10-12 лет их придётся заменить. Но к этому времени оборудование обычно окупается, плюс, панели и инвертор продолжают работать.

В большинстве случаев, солнечные батареи предпочитают комплектовать необслуживаемыми аккумуляторамиИсточник al-energy.ru

Как сделать правильный выбор

Для владельцев домов, расположенных на Европейском континенте выбор довольно прост — это поликристалл либо монокристалл из кремния. При этом, при ограниченных площадях стоит сделать выбор в пользу монокристаллических панелей, а при отсутствии таких ограничений — в пользу поликристаллических батарей. При выборе производителя, технических параметров оборудования и дополнительных систем стоит обратиться к компаниям, которые занимаются как продажей, так и установкой комплектов. Учитывайте, что вне зависимости от производителя — качество систем у «топовых» производителей вряд ли будет отличаться, поэтому не дайте себя обмануть, изучая ценовую политику.

Бюджетным, но эффективным выбором станут панели от компании Amerisolar, поликристаллическая модель носит название AS–6P30 280W, имеет размер 1640х992 мм и выдаёт, соответственно — 280 Вт мощности. КПД модуля составляет 17.4%. Из минусов — гарантия всего 2 года. Но стоимость ∼7 тыс. рублей.
Аналогичным по мощности будет модуль RS 280 POLY от китайской Runda, стоимость ещё ниже — около 6 тыс

рублей.
Если место ограничено, стоит обратить внимание на продукт компании LEAPTON SOLAR — LP72–375M PERC, КПД составляет 19.1%, и при размерах 1960х992 мм получаем на выходе 375 Вт энергии. Стоимость такой батареи будет в районе 10 тыс

рублей.
Ещё одним эффективным вариантом с меньшими габаритами, 1686х1016 мм будет новинка от LG — NeOn 340 W. «Не он» может похвастаться КПД в 19.8%, но не может похвастаться стоимостью, она будет более чем в половину выше предыдущего образца — примерно 16 тысяч рублей.
Для тех, кто хочет обратить своё внимание на премиальный сегмент, тайваньская компания BenQ выпустила на рынок монокристальный модуль SunForte PM096B00 333W, выдающий на выходе 333 Вт мощности, имеющий номинальный КПД в 20.4% при размерах 1559х1046 мм. Этот модуль получил впечатляющую стоимость в почти 35 тысяч рублей.

Solar Window – новые солнечные ячейки с эффективностью 50%

Компания Solar Window из штата Мэриленд (США) представила революционную технологию «солнечного стекла», которая в корне меняет традиционные представления о солнечных батареях.

Ранее уже были сообщения о прозрачных гелиевых технологиях, а также о том, что эта компания обещает увеличить в разы эффективность солнечных модулей. И, как показали последние события, это были не просто обещания, а эффективность 50% – уже не только теоретические изыски исследователей компании. В то время как другие производители только выходят на рынок с более скромными результатами, Solar Window уже представила свои поистине революционные высокотехнологичные разработки в области гелиевой фотовольтаики.

Эти разработки открывают дорогу к выпуску прозрачных солнечных батарей, имеющих значительно более высокую эффективность по сравнению с традиционными. Но это не единственный плюс новых солнечных модулей из Мэриленда. Новые гелиевые элементы могут легко крепиться к любым прозрачным поверхностям (например, к окнам), могут работать в тени или при искусственном освещении. Благодаря своей дешевизне инвестиции в оснащение здания такими модулями могут окупиться в течение года. Для сравнения следует отметить, что срок окупаемости традиционных солнечных батарей колеблется от пяти до десяти лет, а это – огромная разница.

Солнечные ячейки от компании Solar Window

Компания Solar Window озвучила некоторые детали новой технологии получения солнечных батарей, имеющих столь высокую эффективность. Разумеется, главные know how остались за скобками. Все гелиевые элементы изготовлены, в основном, из органического материала. Слои элементов состоят из прозрачных проводников, углерода, водорода, азота и кислорода. По данным компании, производство этих солнечных модулей настолько безвредно, что оно оказывает в 12 раз меньшее воздействие на окружающую среду, чем производство традиционных гелиевых модулей. В течение ближайших 28 месяцев первые прозрачные солнечные батареи будут установлены в некоторых зданиях, школах, офисах, а также в небоскребах.

Если говорить о перспективах развития гелиевой фотовольтаики, то очень похоже, что традиционные кремниевые солнечные батареи могут отойти в прошлое, уступив место высокоэффективным, легким, многофункциональным элементам, открывающим самые широкие горизонты гелиевой энергетике. опубликовано econet.ru 

Как выбрать?

Чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать, что представляют собой современные солнечные панели: так будет проще решить какие модели подойдут для кемпинга, а какие для активного пешего туризма. Применение солнечных панелей в промышленности имеет более долгую историю, чем современные мобильные устройства, а потому рынку гелиобатарей оставалось лишь подстроиться к нуждам туристов, рыболовов и прочих мобильных групп населения, чтобы появилась походная солнечная батарея.

Какие бывают солнечные батареи?

Первые солнечные батареи были на основе кремния (Si), устройства на этой основе и сейчас занимают большую долю рынка гелиопанелей, что не удивительно благодаря дешевизне кремния и его широкому распространению на земной поверхности.

Панели на основе кремния различаются по технологическому принципу и бывают 4 видов:

• монокристаллические;
• мультикристаллические;
• поликристаллические;
• аморфные.

Панель на монокристаллах представляет собой ряды ячеек – определенно ориентированных срезов из высокоочищенного кристалла кремния толщиной 200 – 300 мкм. КПД таких батарей достигает 20 – 22 %, что для солнечных батарей считается высоким значением и даже «эталонным»: остальные виды сравнивают именно с показателями панелей на монокристаллах.

Мультикристаллические панели собираются из тех же монокристаллов, но без предъявления требований к ориентации кристаллов, что делает такие батареи дешевле и понижает КПД примерно на 5-6 %.

В поликристаллическом кремнии множественные кристаллы имеют неупорядоченную форму и ориентацию. Получение этого материала дешевле, чем производство монокристалла, а КПД достигает 14-18%.

Аморфные кремниевые батареи относятся к тонкопленочным, в отличие от трех предыдущих видов, они гибкие. Панели на основе аморфного кремния имеют невысокую себестоимость, но и низкий КПД. Такие панели могут довольствоваться даже рассеянным освещением при пасмурной погоде, но для эффективного использования должны занимать большую площадь.

Другими, более эффективными пленочными гелиопокрытиями является теллурид кадмия (CdTe) и CIGS-полупроводник.

Теперь, когда, есть ясность в том, какими бывают походные солнечные батареи, попробуем разобраться какими именно свойствами должны обладать панели для пешего туризма, кемпингов или охотничьей стоянки.

Критерии подбора

Что в первую очередь интересует туриста в предлагаемых моделях солнечных устройств? Ответом, скорее всего, окажется совокупность нескольких факторов:

• – цены;
• – мощности;
• – компактности/малого веса;
• – функционала;
• – прочности/надежности.

Для выбора походной солнечной панели важны все факторы, но в конкретных условиях какими-то характеристиками можно пренебречь, а какие-то нюансы, напротив, выходят на передний план.

Цена зависит от типа и мощности солнечной панели, а также от фирмы-производителя изделия.
Мощность может быть одинаковой у различных панелей, но при этом они будут существенно отличаться в размерах и по весу. А потому эти факторы можно рассматривать только в совокупности. Возможно, для отдыха в кемпинге подойдут мощные раскладные панели, которые нетрудно довезти до места на автомобиле. А вот туристические солнечные батареи, которые предстоит всю дорогу нести в рюкзаках, габаритными и тяжелыми быть не должны.
Функционал – это вопрос комплектации и возможностей гелиопанели. Она может предназначаться только для зарядки телефонов и некоторых других гаджетов (необходимо уточнить совместимо ли устройство с вашим телефоном!), для зарядки универсальных аккумуляторов, для мелких портативных гаджетов и техники, хорошо, если она снабжена стабилизатором напряжения и т. д. В общем случае функционал – это цель, для достижения которой вы приобретаете это устройство. К примеру, складная солнечная батарея для кемпинга или рыбалки может быть полностью лишена дополнительных аксессуаров, которые придется покупать отдельно в соответствии с собственными потребностями.
Прочность и надежность солнечных батарей для туризма помимо очевидных, типа панели и бренда изделия, зависит возможности эксплуатировать устройство при неблагоприятных погодных условиях (в пыльной среде, при повышенной влажности, в широком интервале температур)

Для туристов, рыболовов и охотников – это немаловажный показатель изделия, на который следует обращать внимание!

Производители солнечных панелей

Основной объем солнечных панелей сегодня выпускается на предприятии за рубежом. Но в России также есть несколько предприятий, занимающихся выпуском этой продукции. Давайте, рассмотрим основные из них.
 

Российские производители

• «Телеком-СТВ». Основная специализация предприятия ─ это производство фотоэлементов и прочего оборудования для сборки солнечных систем. Завод занимается проектированием и поставкой автономных энергетических систем на основе гелиомодулей;
• «Квант». Является одним из ведущих НПП по выпуску гелиосистем. Здесь выпускаются стандартные модели полупроводниковых солнечных батарей, а также собственные разработки компании. В «Квант» разработали и выпустили совершенно новые структуры солнечных панелей. Они могут быть на сетчатых и струнных подложках, а также есть модели с двусторонней чувствительностью. НПП «Квант» является поставщиком солнечных модулей для использования МКС и различных космических спутниках;
• Рязанский ЗМКП. На предприятии выпускаются мощные солнечные батареи на основе монокристаллических фотоэлементов. Есть весь спектр продукции от миниатюрных панелей для заряда сотовых телефонов до мощных модулей, предназначенных для энергообеспечения жилых домов или уличного освещения. А также здесь выпускаются контроллеры и инверторы для портативных солнечных электростанций;
• «Солнечный ветер». Компания занимается выпуском солнечных батарей высокого качества, а также их установкой на различных объектах. Интересно, что бренд Solar Wind знают на международном рынке. При сборке батарей на производственной линии используются в основном комплектующие из Европы. Компания реализовала уже не одну сотню успешных проектов во многих странах мира;
• «Хевел». Предприятие специализируется на тонкопленочных солнечных панелях. В производстве используются современная технология обработки аморфного кремния. Предприятие купило эту технологию у фирмы Oerlikon Solar из Швейцарии.

Международные производители

Ещё не так давно на международном рынке лидерами по производству солнечных батарей были европейские фирмы. Китайские производители не так давно начали осваивать этот рынок. Сначала их продукция вызывала нарекания по качеству, но потом недостатки были устранены. Теперь компании из Китая по производству солнечных панелей выходят на первых план среди производителей.

• Китайская компания, выпускающая модули из поликристаллов и монокристаллов класса А. КПД панелей составляет 15,7 процента, а снижение эффективности при эксплуатации не более 5%;
• Предприятие в США, которое специализируется на тонкопленочных модулях с добавками теллура и кадмия. Они выпускают панели с одной из самых низких себестоимостей на рынке;
• Ещё одна компания из США, которая выпускает наиболее эффективные солнечные панели в мире;
• Предприятие находится в Китае и имеет полный производственный цикл, включая производство поликристаллического кремния. Они производят солнечные панели Panda с высокой эффективностью и низкой себестоимостью;
• Китайская фирма выпускает качественные модули, которые стоят немало;
• Немецкий производитель работает в основном с поликристаллическими панелями. Один из наиболее крупных производителей в Германии;
• Trina Solar. Ещё один китайский производитель, предлагающий недорогие панели хорошего качества;
• Японская компания, выпускающая высокопроизводительные солнечные панели для розничных покупателей.

Тонкопленочные CdTe батареи

Тонкопленочные CdTe батареи

Солнечные батареи на основе теллурида кадмия (CdTe) могут стать реальной альтернативой кремниевым элементам. В настоящее время они демонстрируют эффективность преобразования, в среднем, на 20% выше аналогичных аморфных кремниевых при стоимости на 20% ниже. Достигается это за счет уникальных характеристик полупроводника, обеспечивающую оптимальную ширину запрещенной зоны.

Изготавливаются такие панели путем нанесения слоя полупроводникового материала на тонкие пленки. Технология пока доступна ограниченному кругу производителей, однако серийный выпуск таких батарей уже налажен американской компанией First Solar.