Достоинства, недостатки и перспектива аморфных солнечных батарей

Регистрация / Вход

Дата публикации: 3 мая 2019

Создание первых образцов аморфных пленочных батарей стало новым открытием в сфере альтернативных источников электрической энергии. За несколько лет модель удалось усовершенствовать, добившись от простой конструкции выдающихся технико-эксплуатационных характеристик. Эксперты, занимающиеся исследованиями в области энергетики, утверждают: очень скоро аморфные солнечные панели займут лидирующее положение в своем сегменте и будут запущены в массовое производство.

Описание

В данное время они представлены уже третьим поколением. Достоинством второго считают низкую стоимость при идентичной с модулями кристаллическими мощности. Поэтому именно они получили широкое распространение. Кремния для их получения необходимо меньше в 10 раз.

Модели, относящиеся к третьему поколению, характеризуется увеличенным периодом эксплуатации и КПД, доведенным до 12%.

Важно: фотоэлектрические модули тонкопленочные модули считаются главным кандидатом для массового производства, возможным уже в недалеком будущем, несмотря на недостатки и то, что сегодня лидерство удерживают кристаллические аналоги (80% рынка).

О технологии

Для изготовления тонкопленочной солнечной конструкции напыляют на гибкую подложку (обычно полимерную) полупроводниковые соединения.

Вначале пользовались для этого исключительно аморфным кремнием. Но, не устраивал низкий КПД фотоэлементов был– порядка 4-5%.

После появления селениды и теллуриды — инновационных материалов, удалось добиться более высокого показателя КПД — до 12%.

Поколения аморфных панелей

Очень скоро стремительное развитие пленочных аморфных модулей может изменить сложившуюся ситуацию на рынке.

Сегодня их представляют три поколения:

• к первому принадлежат однопереходные, минусом которых был короткий срок эксплуатации: после 10 лет работы они приходили в негодность. Помимо этого их КПД был чрезвычайно низким – 5%;
• они же, но с вдвое большим КПД (8%) и более продолжительным сроком действия;
• устройства третьего поколения могут вполне конкурировать с аналогами, поскольку имеют достаточно высокий КПД – порядка 12%. Они прослужат намного дольше предшественников.

Кроме них имеются варианты комбинированные, которые образуют как элементы кристаллические, так и аморфные. Однако их стоимость высока, поэтому широкого применения они не получили.

Метод вакуумирования

Способ предусматривает использование вакуумных камер или электронных пушек для осаждения из пара диселендов.

В принципе, использовать можно любые подходы, например, ионное распыление, но все методы имеют свои сложности, такие как образование пленки как на подложке, так и на внутренней поверхности камеры. Другая сложность связана с поставками индия, активно применяемого для изготовления плоскопанельных мониторов.

У таких устройств КПД может превышать отметку 20%.

Хотя активно развиваются панели этого типа, их востребованность невелика и не превышает 2%.

Большую популярность завоевали пленки, в изготовлении которых используется кадмия теллурид, Их КПД 16% (против 18%). Большой популярностью пользуются батареи аморфно-кремниевое. Их КПД удалось увеличить до 10%.

Преимущества

Перед аналогами кристаллическими у тонкопленочных аморфных панелей немало преимуществ:

• лучшая производительность при высоких температурах эксплуатации. Благодаря меньшей зависимости от нагрева, они более эффективны, чем кристаллические в теплое время. Понятно, что мощность при нагреве они теряют, но не столь сильно, как привычные солнечные панели, у которых она может сокращаться на 20%.

Способны они вырабатывать электроэнергию при недостаточной освещенности, поэтому более эффективны, в сравнении с кристаллическими аналогами, в дождливую погоду, в сумерки и снегопады.

Аморфные системы продолжают вырабатывать электричество в то время, когда ее генерировать прекращают классические кристаллические конструкции. Они вырабатываю его больше на 20%, чем аналоги.

• допускают скрытую установку;
• стоят меньше, поскольку невысоки затраты на производство. Выгодная стоимость каждого Ватта также объясняется вливанием значительных инвестиций, что позволяет наращивать их выпуск и снижать цену;
• высокая гибкость и малая толщина делают проще монтаж, ремонт и обслуживание;
• менее зависимы от затенения и попадание грязи на лицевую поверхность, в то время как производительность кремниевых от этого снижается на 25%;
• Минимум дефектов. Процесс создания рассматриваемых модулей очень простой. Благодаря отсутствию необходимости в пайке для соединения модулей между собой (они формируются сразу в единую конструкцию), в готовых изделиях меньше дефектов.

Недостатки, как видно, с лихвой перекрываются достоинствами панелей.

Комментарии:

Megavolt

Читал, что выпустили солнечные батареи в виде конуса круглого, типа они вырабатывают на 20% больше обычных батарей. Кто-то знает об этой технологии?

Электрик

Megavolt, давай посчитаем ))) КПД пленочных батарей (а именно их сворачивают в конус) = 10%. Прибавляем к ним 20% от 10% и получаем целых 12% при увеличении стоимости как минимум втрое! Прорыв в экономии!

Семен

Электрик, я тоже смотрел этот сюжет. Мне сразу показалось подозрительным, что весь научный прорыв заключался в том, что батареям придали какую-то форму. Как будто никто до этого не догадался, что солнце не на месте стоит… Как всегда — теории заговора и сговора.

Оставить комментарий Отменить ответ

Похожие записи

Подбираем аккумулятор для солнечной электростанции

Виды садовых светильников и фонарей на солнечных батареях, как и где использовать.

Виды контроллеров для солнечных батарей и как выбирать

Принцип действия солнечных батарей.

Недостатки модулей аморфных

Главной негативной особенностью аморфных кремниевых солнечных батарей считают невысокий КПД, который вдвое меньше, чем у аналогов кремниевых (в условиях близких к идеальным).

Кроме того, у них есть и другие минусы:

• значительно большие, чем у аналогов, размеры;
• защищенные с двух сторон стеклом, они приобретают значительную итоговую массу. Недостаток, к слову, постепенно нивелируется благодаря развитию технологий.

У кремниевых панелей недостатков не меньше.

Почему так важна эффективность

Большое значение эффективность приобретает при расчёте площади, которую вы можете использовать под систему солнечных батарей. При сопоставимых размерах описанных модулей от Amerisolar AS–6P30 280W (1.63 квадратных метра) и NeOn 340 W от LG (1.71 квадратных метра), разница в мощности на один квадратный метр на выходе будет составлять 15.6%. С одной стороны, это может показаться не очень эффективным, учитывая разницу в цене более чем в два раза, но в случае с ограниченным пространством или более агрессивной внешней средой, возможно, сдвинет ваш выбор в пользу этого известного производителя.

Увеличенный коэффициент полезного действия подчеркивает не только эффективность технологии изготовления, но и качественные материалы, используемые при изготовлении. Это сможет сказаться на сроках работы устройств, на устойчивость панелей к так называемой деградации. Не стоит забывать также и про гарантийные обязательства производителя. Имея представительства и гарантийные сервисы почти во всех уголках мира — LG сможет похвастаться более лояльным подходом к клиентам и выполнением своих обязательств.

Недостатки кремниевых устройств

Материал этот очень дорого стоит, поскольку для нужной степени очистки ему необходимо пройти несколько стадий очистки. При его резке большое количество превращается в отходы – стружку.

К тому же, энергия не вся превращается в электрическую под воздействием света: она частично обратно отражается от поверхности, другая ее часть, не поглощаясь и не преобразуясь, проходит «наружу».

Рекомендуем:

• Работа солнечных батарей ночью и в пасмурную погоду
• Монокристаллические солнечные панели: сравнение с аналогами, достоинства, цена — ТОП-6
• Тонкопленочные солнечные батареи: достоинства и недостатки, цена, характеристики

Кроме этого, она способна приводить к тепловым колебаниям в кристаллической решетке и тратиться на процесс рекомбинации, т.е. уничтожения электронов с «дырками», что сопровождается выделением тепла.

Все это негативно отражается на КПД ФЭП, снижает его до 15% (в редких случаях до 22%).

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея (СБ) представляет собой несколько фотоэлектрических модулей, объединенных в одно устройство с помощью электрических проводников.

И если батарея состоит из модулей (которые еще называют панелями), то каждый модуль сформирован из нескольких солнечных элементов (которые называют ячейками). Солнечная ячейка является ключевым элементом, который находится в основе батарей и целых гелиоустановок.

На фото представлены солнечные ячейки различных форматов.

А вот фотоэлектрическая панель в сборе.

На практике фотоэлектрические элементы используются в комплекте с дополнительным оборудованием, которое служит для преобразования тока, для его аккумуляции и последующего распределения между потребителями. В комплект домашней солнечной электростанции входят следующие устройства:

1. Фотоэлектрические панели – основной элемент системы, генерирующий электричество при попадании на него солнечного света.
2. Аккумуляторная батарея – накопитель электроэнергии, позволяющий обеспечивать потребителей альтернативным электричеством даже в те часы, когда СБ его не вырабатывают (например, ночью).
3. Контроллер – устройство, отвечающее за своевременную подзарядку аккумуляторных батарей, одновременно защищающее аккумуляторы от перезарядки и глубокого разряда.
4. Инвертор – преобразователь электрической энергии, позволяющий получать на выходе переменный ток с требуемой частотой и напряжением.

Схематично система электроснабжения, работающая от солнечных батарей, выглядит следующим образом.

Схема довольно проста, но для того, чтобы она эффективно работала, необходимо правильно рассчитать рабочие параметры всех задействованных в ней устройств.

Область использования

Рекомендуется использовать эту разновидность солнечных модулей при:

• высокой облачности;
• жаркой погоде, когда разогреваются модули до 60 градусов;
• отсутствие ограничений по площади конструкции и ее весу;
• при необходимости интегрирования непосредственно в постройку.

Кроме этого, аморфные солнечные батареи можно устанавливать в проемы оконные (вместо стекол) и монтировать на фасады зданий, что открывает неограниченные возможности для дизайнеров. Но, элементы должны отличаться определенной степенью прозрачности (для стекол он составляет 5-20%, без потери процентной выработки электричества).

Где купить

Приобрести солнечные панели можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых панелей есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Изготовление

Для изготовления полупроводникового преобразователя подходит только тщательно очищенный кремний. Форма его имеет, как правило, вид цилиндра с диаметром всего в десятки миллиметров.

Его режут на тончайшие диски, составляющие микроны по толщине, которые затем легируют, нанося на поверхность примеси металлические и иные.

В кремниевой пластине образуются области, насыщенные по-разному «дырками» и электронами. Другими словами, имеющие «дырочную» p-проводимость и n-проводимость электронную.

Под «дырками» понимают металл, из которого примесями частично удалены электроны, т.е. это «положительная» зона, или p-проводимость.

Комбинируя составом, очередность нанесенных слоев и их толщиной, получают гетеро — или p-n-переходы, т.е. у пластин появляется способность выдавать электричество при облучении светом.

По этому принципу созданы были первые ФЭТ – преобразователи фотоэлектрические, КПД которых достигали почти 30% при нормальных условиях и порядка 22% — при высокой температуре.

Средние цены

Стоимость солнечных батарей – это один из критериев их выбора.

Розничная цена, для рассмотренных выше моделей, выпускаемых китайской , и реализуемых через специализированные организации, составляет:

• Солнечная батарея 60П – 3400,00 рублей;
• Солнечная батарея 100П – 4980,00 рублей;
• Солнечная батарея TopRaySolar TPS-FLEX-50W (50,0 Вт) – 6790,00 рублей;
• Солнечная батарея TopRaySolar TPS-FLEX-80W (80,0 Вт) – 10410,00 рублей;
• Солнечная батарея TopRaySolar TPS-FLEX-100W (100,0 Вт) – 12440,00 рублей;
• Солнечная батарея TopRaySolar 100М (100,0 Вт) – 5210,00 рублей;
• Солнечная батарея TopRaySolar TPS-FLEX-100W (100,0 Вт) – 12440,00 рублей.

Стоимость аналогичных по техническим параметрам устройств, других производителей, лежит в этом же ценовом диапазоне, поэтому всегда есть возможность сделать свой, выбор, в соответствии с индивидуальными пожеланиями.

Изготовление ФЭП аморфных

Сырьем для главного слоя служит силан-крмнийводород (SiH4). После обработки кремния водородом, получают гидрогенизированный кремний.

В закрытой камере на силан воздействуют, перед нанесением на аморфный кремний, тлеющим электрическим разрядом. Испаряясь, кремневые пары осаждаются на подложку. Слой получается микронной толщины.

Поскольку производство безотходное, стоимость готовой продукции низкая. Модули изготавливать можно площадью в несколько метров квадратных.

Гидрогенизаций добиваются полупроводниковых свойств у тончайших пленок.