Солнечный батарей: Купить солнечные батареи для дома и дачи от компании «Солнечная корона» по разумным ценам

Содержание

Как правильно установить солнечные батареи?

Солнечные панели наиболее эффективно работают, когда они направлены на солнце и их поверхность перпендикулярна солнечным лучам. Как определить такое положение солнечных батарей, при котором они будут вырабатывать максимальное количество энергии за день? Какая ориентация солнечных панелей самая лучшая?

Солнце двигается по небу с востока на запад. Положение Солнца на небосклоне определяется 2-мя координатами – склонением и азимутом. Склонение – это угол между линией, соединяющей наблюдателя и Солнце, и горизонтальной поверхностью. Азимут – это угол между направлением на Солнце и направлением на юг (см рисунок справа).

Следует также учитывать, что направление на магнитный юг (т.е. по компасу) не всегда совпадает с направлением на настоящий юг. Существуют истинный и магнитный полюсы, не совпадающие между собой. Соответственно этому есть истинный и магнитный меридианы. И от того и от другого можно отсчитывать направление на нужный предмет. В одном случае мы будем иметь дело с истинным азимутом, в другом — с магнитным. Истинный азимут — это угол между истинным (географическим) меридианом и направлением на данный предмет. Магнитный азимут —угол между магнитным меридианом и направлением на данный предмет. Понятно, что истинный и магнитный азимуты отличаются на ту же самую величину, на которую магнитный меридиан отличается от истинного. Эта величина называется магнитным склонением. Если стрелка компаса отклоняется от истинного меридиана к востоку, магнитное склонение называют восточным, если стрелка отклоняется к западу, склонение называют западным. Восточное склонение часто обозначают знаком « + » (плюс), западное — знаком « —» (минус). Величина магнитного склонения неодинакова в различной местности. Так, для Московской области склонение составляет +7, +8°, а вообще на территории России оно меняется в более значительных пределах. См. также “как вычислить истинный азимут по склонению и магнитному азимуту“.

Вообще говоря, вариантов увеличить экспозицию солнечной батареи прямым солнечным лучам  всего три:

Рекомендуем почитать по теме:
Руководство покупателя солнечных батарей
Основы фотоэнергетики
  1. Установка солнечных батарей на неподвижную конструкцию под оптимальным углом
  2. Установка на двухосный трекер (поворотную платформу, которая может вращаться за солнцем в двух плоскостях)
  3. Установка на одноосный трекер (платформа может изменять только одну ось, чаще всего – ту что отвечает за наклон)

У вариантов №2 и №3 есть свои преимущества (значительное увеличение времени работы солнечной батареи и какое-то увеличение выработки энергии), но есть и недостатки: более высокая цена, снижение надежности системы за счет введения движущихся элементов, необходимость дополнительного технического обслуживания и т.п.). Мы рассмотрим целесообразность применения трекеров в отдельной статье, пока же будем говорить только о варианте №1  – неподвижная конструкция, или неподвижная конструкция с изменяемым углом наклона.

Солнечные панели обычно располагаются на крыше или поддерживающей конструкции в фиксированном положении и не могут следить за положением солнца в течение дня. Поэтому, обычно солнечные панели не находятся под оптимальным углом (90 градусов к солнечным лучам) в течение всего дня. Угол между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью обычно называют углом наклона.

Вследствие движения Земли вокруг Солнца, имеют место также сезонные вариации. Зимой солнце не достигает того же угла, как летом. В идеале, солнечные панели должны располагаться летом более горизонтально, чем зимой. Поэтому угол наклона для работы летом выбирается меньше, чем для работы зимой. Если нет возможности менять угол наклона дважды в год, то панели должны располагаться по оптимальным углом, значение которого лежит где-то посередине между оптимальными углами для лета и зимы. Для каждой широты есть свой оптимальный угол наклона панелей. Только для местностей около экватора солнечные панели должны располагаться почти горизонтально (но даже и там они устанавливаются под небольшим углом, чтобы дать дождям смывать грязь с солнечной батареи).

Оптимальные углы наклона солнечных батарей для различных широт

Обычно для весны и осени оптимальный угол наклона принимается равным значению широты местности. Для зимы к этому значению прибавляется 10-15 градусов, а летом от этого значения отнимается 10-15 градусов. Поэтому обычно рекомендуется менять дважды в год угол наклона с “летнего” на “зимний”. Если такой возможности нет, то угол наклона выбирается примерно равным широте местности. Более того, угол наклона также зависит от широты местности. См. таблицу справа.

Зависимость выработки солнечной батареи от отклонения от направления на юг
Потери выработки вследствие отражения (в % к перпендикулярному направлению на модуль)
Угол падения лучей света Потери
9 1.2%
18 4.9%
40 19.0%
45 29.0%
Пример

Доля производства энергии фотоэлектрической системой при наклоне 45 градусов, для широты местности 52 градуса северной широты.

запад юго-запад юг юго-восток восток
78% 94% 97% 94% 78%

Выработка максимальна (100%) когда панели расположены под углом 36 градусов и ориентированы на юг. Как видно из таблицы, разница между направлениями на юг, юго-восток и юго-запад незначительна.

К примеру, летом оптимальный угол наклона составляет 30-40 градусов, а зимой – больше 70, в зависимости от широты местности. Весной и осенью угол наклона имеет усредненное значение между значением угла для лета и зимы.

Для автономных систем оптимальный угол наклона зависит от месячного графика нагрузки, то есть если в данном месяце потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для этого месяца.

Оптимальный угол наклона для широты 52 градуса (северной широты) для соединенных с сетью систем составляет 36 градусов.

Небольшие отклонения до 5 градусов от этого оптимума оказывают незначительный эффект на производительность модулей. Различие в погодных условиях более влияет на выработку электричества. Для автономных систем оптимальный угол наклона зависит от месячного графика нагрузки, т.е. если в данном месяце потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для этого месяца. Также, нужно учитывать, какое есть затенение в течение дня. Например, если с восточной стороны у вас дерево, а с западной все чисто, то, скорее всего, имеет смысл сместить ориентацию с точного юга на юго-запад.

Зависимость выработки солнечных батарей от направления на Солнце

Ширина пучка солнечных лучей в зависимости от расположения Солнца.

Расчёт количества солнечной энергии, получаемого солнечными панелями при падении солнечных лучей под углом, отличающимся от 90°, рассмотрим на следующем примере:
Пример: солнечные панели ориентированы на юг, без продольного наклона. Солнце светит с юго-востока. Линия, проведенная перпендикулярно между солнечными батареями и направлением на Солнце, имеет угол, равный 360/8=45 градусов. Ширина одного пучка падающего солнечного излучения будет равна tan (|90-45|) / sin (|90-45|) = 1.41, и количество солнечной энергии, получаемое солнечными панелями, будет равно 1/1.41=71% от мощности, которая была бы получена, если Солнце светило точно  с юга.
 

Зависимость прихода солнечной радиации от угла наклона и азимута

Хорошая статья, описывающая экспериментальные испытания выработки солнечных батарей, установленных под разным углом – Натурные испытания оптимального угла установки

СБ, там же рассмотрен эффект очистки солнечных батарей, установленный под различным углом, от снега.

Eсли Вы столкнулись со сложностями во время выбора солнечных батарей, сетевых инверторов для вашей солнечной электростанции, или Вам нужна помощь по монтажу – пожалуйста обращайтесь в нам, наши инженеры смогут предложить оптимальный вариант. Мы работаем на рынке солнечных батарей больше 18 лет, за это время накопили хороший опыт, и с удовольствием поможем Вам.

Эта статья прочитана 73927 раз(а)!

Продолжить чтение

Солнечные батареи

Наиболее эффективными с энергетической точки зрения устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку позволяют осуществить прямой, одноступенчатый переход энергии.

Преобразование энергии в ФЭП основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Фотовольтаический эффект (преобразование энергии света в электроэнергию) был открыт в 1839 году молодым французским физиком Эдмондом Беккерелем. Однажды 19-летний Эдмонд, проводя опыты с маленькой электролитической батареей с двумя электродами обнаружил, что на свету некоторые материалы производят электрический ток.

Отчего это происходит? Дело в том, что солнечный свет несет опеределенную энергию. Разным длинам волн света, воспринимаемыми нами как разные цвета (красный, синий, желтый и т.д.) соответствуют свои уровни энергии. Попадая на воспринимающий полупроводниковый слой, свет передает свою энергию электрону, который срывается со своей орбиты в атоме. А поток электронов и есть электричекий ток.

Но до создания первой солнечной батареи прошло еще более сорока лет: в 1883 г. Чарльз Фритц покрыл кремниевый полупроводник очень тонким слоем золота и получил солнечную батарею, КПД которой составил не более 1%. Аналогичные современным фотовольтаические элементы были запатентованы как «светочувствительные элементы» в 1946 г. компанией Russell Ohl.

Первый искусственный спутник с применением фотовольтаических элементов был запущен СССР в 1957 г., а в 1958 г. США осуществили запуск спутника Explorer 1 с солнечными панелями.

Эти два события показали, что солнечные панели могут служить единственным и достаточным источником энергоснабжения геостационарных спутников, что подтвердило компетентность солнечных батарей. Это был важный момент в развитии данной технологии, так как в результате успешных запусков несколько правительств инвестировали колоссальный объем средств в ее разработку.

Начиная с 2000 г. в арифметической прогрессии росла эффективность производимых кремниевых моно- и поликристаллических фотоэлектрических элементов, достигнув к 2007 году максимальных значений 19%. Другие же технологии из-за меньшей эффективности оказались обделены вниманием разработчиков до недавнего времени.

В целом погоня за эффективностью и создание дорогих солнечных элементов оправдывали себя только для применения в космосе, где важен каждый грамм и квадратный сантиметр. Для практического использования солнечных панелей на Земле требовались сравнительно недорогие и качественные элементы, пригодные для массового производства и применения. Именно такими и стали кремниевые солнечные панели. В настоящее время лидером является моно- и поликристаллический кремний — 87% мирового рынка. Аморфный кремний составляет 5% рынка, а тонкопленочные кадмий-теллуровые элементы — 4,7%. Основным материалом для производства солнечных фотоэлектрических панелей остается кремний. Причиной является его повсеместная доступность. Немалую роль играет и разработанность технологии, поскольку кремний очень широко используется в разных видах электроники.

Основой для солнечных панелей являются тонкие срезы кремниевых кристаллов. Чем тоньше слой — тем меньше себестоимость. Параллельно повышается эффективность. В 2003 году в среднем в индустрии фотовольтаики толщина слоя в наиболее качественных элементах составляла 0,32 мм, а к 2008 году уменьшилась до 0,17 мм. А эффективность повысилась с 14% до 16%. В этом году планируется достигнуть показателей 0,15 мм при эффективности 16,5%.

Типы солнечных элементов

Монокристаллический кремний

Наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно-синего или почти черного цвета. Скозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +250С).

Срок службы таких панелей у хороших производителей составляет обычно 40-50 лет. Производительность за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается примерно на 20%.

Поликристаллический кремний

Технология принципиально не отличается от монокристаллических элментов, но разница состоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 14 до 15%. Тем не менее эти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что и монокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается цена производства.

В России перспективнее все же использовать монокристаллические панели, поскольку при неразвитости собственного производства и больших расстояниях целесообразнее ввозить и транспортировать более эффективные панели.

Ленточный кремний

Принципиально такой же как и предыдущие типы, отличается лишь тем, что кремний не нарезается от кристалла, а наращивается тонким слоем в виде ленты. Антибликовое покрытие дает радужную окраску таким панелям. Эта технология не смогла завоевать рынок, занимая на нем лишь около 2%. В Росси почти не встречается.

Аморфный кремний

В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год-два такой элемент перестает давать энергию.

Распознать такую панель на вид можно по более блеклому сероватому или темному цвету непонятных оттенков. На данном этапе развития этой технологии, применение таких панелей в России не рекомендуется.

Теллурид кадмия

Этот тип тонкослойных солнечных элементов обладает потенциально большей эффективностью и в качестве проводящего компонента использует оксид олова. Эффективность составляет 8-11%. По себестоимости эти элементы не намного дешевле моно- и поли- кристаллических кремниевых и обладают проблемой использования токсичного кадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее 5% общего рынка. Допуск таких панелей в Россию нежелателен в первую очередь из-за отечественного неумения обращаться с потенциально токсичной продукцией.

Другие элементы

Помимо вышеперечисленных есть еще много различных солнечных элементов, не получивших большого распространения. Потенциально перспективными являются медно-галлиевые, концентрирующие, композитные и некоторые другие элементы.

Где производят солнечные панели?

Производство солнечных панелей растет бешеными темпами, стараясь поспеть за стремительно растущим спросом. Причем одновременно растет спрос и для промышленных электростанций и для бытового потребления.

Лидером в производстве солнечных панелей является Китай. Здесь производят почти треть (29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт — в США и Европу. Примечательно, что американцы, являясь крупнейшим потребителем, производят лишь 6% от всех солнечных панелей, предпочитая инвестировать в перспективные крупные заводы в Китае.

Ненамного от Китая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% от общемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань — 11% рынка. Все остальные страны производят значительно меньшее количество солнечных панелей.

К сожалению, на этом фоне Россия выглядит очень бледно. Наши государственные деятели пока ограничиваются лишь громкими заявлениями. А производство солнечных фотоэлектрических панелей до сих пор находится в зачаточном состоянии. Практически нет серьезных государственных инициатив и не созданы условий для частных инвесторов.

Эффективны ли солнечные панели в Приморье?

Несведущие люди полагают, что в Приморье эффективность солнечных панелей сомнительна. На самом же деле по количеству солнечной энергии Приморье сопоставимо со многими южными странами: Японией, Кореей, Грецией и Италией.

Приморский край относится к регионам России, где целесообразно использовать солнце для получения энергии. Число солнечных дней в среднем по Приморскому краю составляет 310, при продолжительности солнечного сияния более 2000 часов. Есть районы, к примеру, это посёлок Пограничный, где число дней без Солнца всего 26 в году, а продолжительность солнечного сияния 2494 часа. На северном побережье продолжительность солнечного сияния 1900-2100 часов, на южном – 2000-2200 часов. В целом, мощность поступления солнечной энергии на территорию Приморского края составляет свыше 30 млрд. кВт. Практические ресурсы солнечной энергии с учётом экологических и технических ограничений составляют 16 млн. кВт, при получении только электрической энергии – 4,9 млн. кВт. Совсем немало!

Применение солнечных панелей

Помимо промышленного получения электроэнергии в Приморье есть три основных перспективы использования жителями солнечных панелей:

1) для обеспечения небольшого потребления энергии,

2) в гибридных ветро-солнечных автономных системах,

3) в удаленных местах, где нет возможности установки ветрогенератора.

При небольшой потребности в электричестве (менее 500 ватт мощности) установка солнечных панелей предпочтительнее ветротурбин. Ведь солнечные панели занимают меньше места, надежнее в обеспечении энергией, не требуют установки мачты, а на крыше практически незаметны снаружи.

В гибридных ветро-солнечных системах в качесте основного источника энергии используется мощный ветрогенератор, а солнечные панели в качестве дополнительного. Надежность в обеспечении энергией у такой системы значительно выше, чем у обычной ветровой. Ведь ветер может стихнуть на несколько дней подряд, а вот солнце бывает всегда. Многие ошибочно полагают, что для солнечных панелей обязательно нужен прямой свет. А на самом деле фотовольтаические элементы производят электричество и в пасмурную погоду, хотя и в меньших количествах.

Иногда у потребителя нет возможности установить ветрогенератор, например, если участок находится в непродуваемой ложбине или нет достаточно места. Тогда солнечные панели является очень хорошей альтернативой. Они обходятся дороже ветряных, зато с ними никаких хлопот.

Качественные панели легко выдерживают любые погодные условия, даже крупный град, а служат не менее 40 лет. Единственный требуемый уход — время от времени очищать поверхность от снега и пыли, что многократно увеличивает производительность. Есть также системы, способные поворачивать солнечную батарею вслед за солнцем в течение дня, таким образом можно увеличить выработку энергии вплоть до 50% от выработки в стационарном положении.

информация с сайта http://www.dvfond.ru/sun/

Ученые разработали прозрачный электрод, повышающий эффективность солнечных батарей

Разработка новых ультратонких металлических электродов позволила исследователям создать полупрозрачные перовскитовые солнечные элементы, которые обладают высокой эффективностью и могут быть соединены с традиционными кремниевыми элементами для увеличения производительности устройств. Исследование представляет собой шаг к созданию полностью прозрачных солнечных батарей.

«Прозрачные солнечные батареи могут когда-нибудь занять свое место на окнах домов и офисных зданий, генерируя электричество из солнечного света, который в противном случае был бы потрачен впустую, — отметил Кай Ванг, доцент кафедры материаловедения и инженерии Пенсильванского университета и соавтор исследования. — Это большой шаг — нам наконец-то удалось создать эффективные полупрозрачные солнечные батареи».

Традиционные солнечные батареи изготавливаются из кремния, но ученые считают, что они приближаются к пределам этой технологии в стремлении создать все более эффективные солнечные батареи. По словам ученых, перовскитовые элементы являются многообещающей альтернативой, и их укладка поверх традиционных элементов может создать более эффективные тандемные устройства.

«Мы показали, что можем создавать электроды из очень тонкого, почти в несколько атомов, слоя золота, — отметил Шашанк Прия, помощник вице-президента по исследованиям и профессор материаловедения и инженерии в Penn State. — Тонкий слой золота обладает высокой электропроводностью и в то же время не препятствует способности ячейки поглощать солнечный свет».

Солнечная батарея на основе перовскита, которую разработала команда, достигла эффективности 19,8%, что является рекордом для полупрозрачной батареи. А в сочетании с традиционным кремниевым солнечным элементом тандемное устройство достигло эффективности в 28,3%, по сравнению с 23,3% у одного только кремниевого элемента. О своих результатах ученые сообщили в журнале Nano Energy.

«Повышение эффективности на 5% — это гигантский результат, — отметили исследователи. — Это означает, что на каждый квадратный метр солнечного элемента приходится примерно на 50 ватт больше солнечного света».


Читайте также:

Новый анализ крови определяет продолжительность жизни человека

Ученые создали переключатель биологических часов

Ученые выяснили, что сверхобогащенное золото образуется как простокваша

В России создали рекордно эффективный материал для солнечных батарей

https://ria.ru/20200901/material-1576579898.html

В России создали рекордно эффективный материал для солнечных батарей

В России создали рекордно эффективный материал для солнечных батарей — РИА Новости, 01.09.2020

В России создали рекордно эффективный материал для солнечных батарей

Инновационная технология создания материала для фотовольтаики (раздел науки на стыке физики, фотохимии и электрохимии, изучающий процесс возникновения… РИА Новости, 01.09.2020

2020-09-01T14:33

2020-09-01T14:33

2020-09-01T14:33

санкт-петербургский электротехнический университет

открытия — риа наука

россия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/08/15/1576100550_0:144:3384:2048_1920x0_80_0_0_418387d5c6a983fa67347be5758f4537.jpg

МОСКВА, 1 сен — РИА Новости. Инновационная технология создания материала для фотовольтаики (раздел науки на стыке физики, фотохимии и электрохимии, изучающий процесс возникновения электрического тока в различных материалах под действием падающего на него света), разработанная в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ», позволит повысить эффективность солнечных батарей до рекордных значений, рассказали РИА Новости в пресс-службе вуза.Солнечная энергетика как одна из разновидностей альтернативных источников энергии является перспективным и востребованным направлением науки. Существующие высокоэффективные многопереходные солнечные элементы по уровню КПД уже приблизились к своему теоретическому пределу, поэтому сегодня все усилия мирового научного сообщества направлены на создание и внедрение более эффективных и экономически выгодных подходов к их изготовлению.»Инновационная технология создания материала для фотовольтаики позволит повысить эффективность солнечных элементов до рекордных значений. Разработку предложил профессор кафедры фотоники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» (вуз – участник Проекта 5-100), доктор технических наук Александр Гудовских. Технология основана на использовании кремниевых подложек, формируемых с помощью совмещения технологии атомно-слоевого осаждения на начальном этапе роста, и метода газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (МОС-гибридной эпитаксии)», — говорится в сообщении.Уточняется, что принципиальное отличие от предыдущих разработок состоит в том, что рост «нуклеационного слоя осуществляется методом плазмохимического атомно-слоевого осаждения при сравнительно низких температурах с последующим эпитаксиальным ростом верхнего перехода на основе A3B5 квантоворазмерных структур методом МОС-гидридной эпитаксии».Автор проекта профессор Гудовских рассказал, что «существующие способы создания фотоэлементов предполагают высокотемпературный (900-1000 °C) отжиг кремниевой подложки на начальной стадии роста для удаления оксида и реконструкции поверхности, что в дальнейшем приводит к деградации времени жизни в подложке». «Новая технология предполагает уменьшение температуры эпитаксиального роста GaP на Si подложках до 600-750 °C, а также формирование структур GaP/Si с нуклеационным слоем GaP методом атомно-слоевого плазмохимического осаждения при температуре 380 °C», — сообщают разработчики.Результаты научного исследования опубликованы в журнале Physica Status Solidi (a) – applications and materials science.

https://ria.ru/20200204/1564243961.html

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/08/15/1576100550_314:0:3045:2048_1920x0_80_0_0_ae6a23c16296cd3205bb7370512b82fb.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

санкт-петербургский электротехнический университет, открытия — риа наука, россия

МОСКВА, 1 сен — РИА Новости. Инновационная технология создания материала для фотовольтаики (раздел науки на стыке физики, фотохимии и электрохимии, изучающий процесс возникновения электрического тока в различных материалах под действием падающего на него света), разработанная в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ», позволит повысить эффективность солнечных батарей до рекордных значений, рассказали РИА Новости в пресс-службе вуза.

Солнечная энергетика как одна из разновидностей альтернативных источников энергии является перспективным и востребованным направлением науки. Существующие высокоэффективные многопереходные солнечные элементы по уровню КПД уже приблизились к своему теоретическому пределу, поэтому сегодня все усилия мирового научного сообщества направлены на создание и внедрение более эффективных и экономически выгодных подходов к их изготовлению.

4 февраля 2020, 15:15НаукаПетербургские ученые создали высокоэффективные солнечные батареи

«Инновационная технология создания материала для фотовольтаики позволит повысить эффективность солнечных элементов до рекордных значений. Разработку предложил профессор кафедры фотоники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» (вуз – участник Проекта 5-100), доктор технических наук Александр Гудовских. Технология основана на использовании кремниевых подложек, формируемых с помощью совмещения технологии атомно-слоевого осаждения на начальном этапе роста, и метода газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (МОС-гибридной эпитаксии)», — говорится в сообщении.

Уточняется, что принципиальное отличие от предыдущих разработок состоит в том, что рост «нуклеационного слоя осуществляется методом плазмохимического атомно-слоевого осаждения при сравнительно низких температурах с последующим эпитаксиальным ростом верхнего перехода на основе A3B5 квантоворазмерных структур методом МОС-гидридной эпитаксии».

«Одним из направлений фотовольтаики является формирование решеточно-рассогласованных A3B5 солнечных элементов на кремниевых подложках. Однако такой подход имеет существенный недостаток – значительная плотность дислокаций в приборах за счет несоответствия постоянных решетки приводит к низкому качеству слоев соединений A3B5 и их сильной деградации, что ограничивает их использование для фотоэлектрического преобразования солнечной энергии», — поясняют разработчики.

Автор проекта профессор Гудовских рассказал, что «существующие способы создания фотоэлементов предполагают высокотемпературный (900-1000 °C) отжиг кремниевой подложки на начальной стадии роста для удаления оксида и реконструкции поверхности, что в дальнейшем приводит к деградации времени жизни в подложке». «Новая технология предполагает уменьшение температуры эпитаксиального роста GaP на Si подложках до 600-750 °C, а также формирование структур GaP/Si с нуклеационным слоем GaP методом атомно-слоевого плазмохимического осаждения при температуре 380 °C», — сообщают разработчики.

Результаты научного исследования опубликованы в журнале Physica Status Solidi (a) – applications and materials science.

В Саранске строится уникальный для России завод по производству тонкопленочных солнечных батарей

Альтернативная энергетика в России стала еще на один шаг ближе к простым потребителям. Скоро в столице Мордовии городе Саранске начнется производство инновационных солнечных панелей, которые можно будет легко интегрировать в различные материалы, покрывающие крыши домов и даже их фасады. Это может быть и гибкая черепица, и мягкие кровельные материалы, вроде рубероида, и облицовочная плитка, которые перестанут бесполезно греться на солнце и начнут питать электросети своих хозяев. Благодаря Группе РОСНАНО каждый дом без тяжелых крышных кремниевых батарей можно будет легко превратить в маленькую электростанцию.

Центр нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия, входящий в инвестиционную сеть Фонда инфраструктурных и образовательных программ Группы РОСНАНО, договорился о поставке производственной линии интегрированных солнечных панелей со своим шведским партнером — компанией Midsummer. Это первый заказ в рамках подписанного в сентябре 2019 года соглашения между Группой РОСНАНО и Midsummer о развитии рынка некремниевых гибких фотоэлектрических устройств в России и Евразийском союзе. Стоимость оборудования будет находиться в обычном диапазоне для подобного типа производственной линии — от 3,5 до 5 млн долларов США.

«Мы очень рады, что наконец стали частью российского рынка по производству интегрированных солнечных панелей. С нетерпением ждем начала поставок из России панелей для европейского рынка, где спрос превышает текущие производственные мощности Midsummer», — сказал генеральный директор шведской компании Свен Линдстрем.

Производственная линия изготавливается на заводе Midsummer в Ерфелле близ Стокгольма и будет поставлена на завод «Стилсан» в Саранске к концу 2020 года. Под новое предприятие сейчас готовится производственное помещение площадью почти в 1000 кв. метров на территории Технопарка Мордовии. Здесь заново проводятся инженерные коммуникации, обустраиваются чистые комнаты. Управляться предприятие будет Центром нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия и компанией Solartek, которая в составе Группы «ТехноСпарк» с 2015 года продвигает решения солнечных крыш на базе тонкопленочных фотоэлектрических панелей.

«Запуск этого завода рассчитан на спрос со стороны коммерческого сектора на интегрированные солнечные крыши. Мы продвигаем уникальные продукты — различные кровельные материалы со встроенными солнечными батареями. Технология Midsummer идеально подходит для этого. С передачей технологий и локализацией производства гибких солнечных батарей в Саранске мы рассчитываем расширить бизнес солнечных крыш в России и за рубежом», — сказал руководитель Solartek Дмитрий Крахин. Он не исключает, что в перспективе, когда в России в полной мере заработает механизм «зеленых» тарифов, солнечные крыши заинтересуют и владельцев коттеджей.

Завод «Стилсан» будет производить солнечные ячейки и модули по перспективной тонкопленочной технологии диселенида галлия-индия-меди (CIGS). Средний КПД модулей составляет около 15%, но они смогут работать также в условиях рассеянного света и частичного затемнения. Проектная мощность производства составляет 10 МВт в год.

Основным рынком сбыта планируемой к производству продукции станет сегмент коммерческого строительства и реконструкции России и других стран Евразийского экономического союза (Армении, Беларуси, Казахстана и Кыргызстана). При этом и в дальнем зарубежье уже проявляют интерес к продвижению ячеек и модулей, планируемых к производству в Саранске. В мировой солнечной энергетике сегмент гибких встраиваемых модулей является наиболее динамично растущим. Крупнейшие мировые производители строительных материалов (полимеров, стекла, стали) активно работают над созданием решений с встроенными солнечными элементами.

Поставленное оборудование обеспечит трансфер в Россию уникальной технологии интегрируемой некремниевой фотовольтаики. В перспективе Фонд инфраструктурных и образовательных программ намерен инвестировать в апгрейд освоенной технологии за счет отечественных разработок и в дальнейшее развитие отрасли.

Российский рынок солнечной энергии

Российская Федерация намерена расширить и диверсифицировать использование возобновляемых источников для производства электроэнергии. В соответствии с текущими планами и политикой государства, возобновляемые источники энергии к 2030 году обеспечат почти 5% от общего конечного потребления электроэнергии. Между тем, согласно оценкам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), доля альтернативных источников в России может достичь более чем 11%. Чтобы воспользоваться этим потенциалом потребуются инвестиции в возобновляемую энергетику в размере 300 миллиардов долларов США до 2030 года.

В удаленных селах Чукотки началась установка солнечных батарей для экономии дизтоплива — Экономика и бизнес

ТАСС, 5 ноября. Установка солнечных батарей началась в селах Марково, Канчалан и Снежное на Чукотке. Об этом в четверг сообщил губернатор округа Роман Копин на своей странице в Instagram.

«Северный завоз — процесс затратный и часто зависит от погодных условий, поэтому развитие возобновляемой энергетики в Арктике — задача стратегическая. Сейчас в балансе Чукотского автономного округа более 60% «чистой энергии» — атом, ветер и газ. Использование альтернативных источников энергии в малых селах еще в самом начале, но уже есть готовые проекты. <…> Приступили к реализации трех электростанций в селах Анадырского района: Канчалан — 400 кВт, Снежное — 180 кВт и Марково — 800 кВт», — говорится в сообщении губернатора.

По информации главы региона, в Канчалане и Снежном уже протянули линии электропередачи, сейчас устанавливают панели. Запуск запланирован на конец этого года. В Маркове строительство завершится в 2021 году.

В июле этого года окружные власти сообщали журналистам о подготовке проектов по установке солнечных батарей в трех труднодоступных селах. Населенные пункты Марково, Канчалан и Снежное были выбраны с учетом данных солнечной активности на полуострове.

Что касается дальнейших планов, власти Чукотки также намерены реализовывать проекты, связанные с энергией ветра. В округе уже давно успешно работает Анадырская ветряная электростанция — самая крупная в российской Арктике. Она стабильно снабжает электричеством Анадырский узел. Первый этап модернизации прошел три года назад, в 2021 году готовится второй этап.

«Компания «Нордмарин» развивает проект: построили две ветростанции в Беринговском и Усть-Белой (населенные пункты на Чукотке), каждая по 450 кВт. Сейчас ведутся наладочные работы. В Беринговском запуск в конце этого года, а в Усть-Белой — в первом квартале 2021-го. Использование возобновляемой энергии сократит расходы на дорогой северный завоз и снизит экономически обоснованные тарифы на 3-5%, уменьшив нагрузку на бюджет. Кроме того, улучшится экология — снизится уровень выбросов на 15-20%. В случае успеха проектов будем использовать в комплексе и масштабировать на другие населенные пункты», — написал Копин.

Северный завоз

Северный завоз — доставка продуктов, медикаментов и топлива в труднодоступные поселки и целые регионы, в том числе арктические, которые зимой на несколько месяцев остаются отрезанными от большой земли из-за сложных климатических условий.

Вице-премьер правительства РФ — полпред президента РФ в Дальневосточном федеральном округе Юрий Трутнев летом этого года поручил федеральным министерствам в приоритетном порядке рассмотреть вопрос о предоставлении господдержки компаниям, организующим северный завоз.

Изготовление солнечных панелей на 3D-принтере

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики | Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике | Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере? | Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов | Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать все более активно используется в энергетической промышленности. Место аддитивного производства в отрасли возобновляемой энергетики представляет большой интерес. Взгляните на ситуацию с изменением климата: сегодня получение энергии из экологически чистых источников является одной из важнейших задач.

Объемы ископаемого топлива стремительно сокращаются, и поэтому мы видим все больше электромобилей, ветровых установок и солнечных батарей. Однако большинство из них далеки от совершенства, а производство по-прежнему требует больших затрат. К счастью, исследователи уже работают над солнечными батареями, которые можно печатать на 3D-принтерах, чтобы максимально эффективно использовать солнце – неисчерпаемый источник энергии.

Вы знали, что 3D-печать – превосходный метод изготовления солнечных батарей? Исследователи утверждают, что аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%, а батареи, напечатанные на 3D-принтерах, – эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. В этой статье рассказано об эффективном использовании 3D-печати в сфере возобновляемой энергии, а точнее, в гелиоэнергетике. Кроме того, здесь рассмотрены методы 3D-печати фотоэлектрических элементов для солнечных батарей, а также исследования, посвященные данным методам.

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики

Аддитивное производство используется во множестве отраслей и может быть крайне эффективно для изготовления источников энергии. Цифровое производство –  превосходный метод реализации проектов в энергетической отрасли: качество изделий растет, а затраты на производство сокращаются. Перед производителями возобновляемых источников энергии стоит задача сократить расходы на производство. Давайте выясним, почему производителям систем с питанием от солнечной энергии или других экологически чистых источников следует обратить внимание на 3D-печать.

3D-печать оптимизирует процесс разработки продукта

3D-принтер – отличный инструмент для прототипирования: благодаря ему растет производительность и сокращаются расходы. Используя ПО для 3D-моделирования, модели можно менять до тех пор, пока не будет получена идеальная конструкция. Перед изготовлением систем и деталей можно выполнить столько итераций, сколько потребуется. Благодаря скорости и точности 3D-печати упрощается и быстрое прототипирование.

Значительное сокращение расходов

Пытаетесь сократить расходы на прототипы и производство? Обратите внимание на 3D-печать. При ее использовании расходуется только необходимое количество материала, а выполнять итерации на 3D-принтере дешевле, чем методом литья под давлением, ведь вам не потребуется изготавливать новую пресс-форму и повторять весь процесс.

3D-принтеры повышают эффективность производства

Цифровые технологии подходят не только для прототипирования, но и для производства. У этих методов много преимуществ: например, на 3D-принтерах можно очень быстро изготавливать малые партии деталей. Кроме того, используя аддитивное производство, можно полностью управлять процессом и заказывать только необходимое количество деталей. Перечисленные особенности делают аддитивные технологии оптимальным решением для реализации всего проекта или изготовления отдельных деталей.

Аддитивные технологии – превосходный инструмент для научных исследований

Далее в статье мы поговорим о том, почему 3D-печать подходит для проверки ваших идей и работы с новыми материалами. Исследователи продолжают находить новые сферы применения 3D-печати: к примеру, она используется для производства экологически чистых энергетических устройств – таких как солнечные панели.

Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике

Что такое солнечные батареи?

Это блоки, преобразовывающие солнечную энергию в тепло или электричество. Они выполнены из фотоэлектрических элементов, в которых происходит ряд физических и химических явлений. Как правило, фотоэлектрические элементы делают из кристаллического кремния, однако сейчас активно разрабатываются новые материалы (недавний пример – технология тонкопленочных солнечных элементов). Качество и эффективность солнечных батарей, изготавливаемых традиционными способами, оставляют желать лучшего. Именно поэтому специалисты, изучающие аддитивные технологии, экспериментируют с целью создать высококачественные солнечные панели на 3D-принтерах.

Аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%

3D-печать – наилучшее решение для изготовления солнечных батарей

Одна из основных трудностей, возникающая в ходе разработки и производства возобновляемых источников энергии, – высокие затраты. Именно по этой причине такие источники доступны не всем. Мы видели, как 3D-печать подходит для реализации новых проектов, и производство солнечных батарей – отличный пример.

Прежде всего, для производства эффективных солнечных панелей высокого качества требуется множество исследований и разработок. Раньше фотоэлектрические элементы выполнялись из дорогих материалов. При разработке новых солнечных батарей и использовании материалов с новыми техническими свойствами требуется провести много испытаний и изготовить много прототипов. Подобные проекты должны быть тщательно продуманы, а для их демонстрации команде, инвесторам и будущим клиентам потребуются модели высокого качества. И здесь на помощь приходит 3D-печать, поскольку она позволит создать высококачественные прототипы. Кроме того, вы сможете проводить столько итераций, сколько потребуется. Аддитивные технологии подходят и для производства, однако вам потребуется найти 3D-принтеры, способные печатать из соответствующих материалов. Например, солнечные батареи изготавливаются из материала, который поглощает солнечный свет.

В теории, 3D-печать подходит для изготовления экологически чистых источников энергии по более низкой стоимости. Но так ли это на практике?

Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере?

Использование напечатанных солнечных батарей сокращает расходы на 50%

Исследователи Массачусетского технологического института утверждают, что аддитивное производство солнечных батарей помогает сократить расходы на 50%. Для изготовления таких установок не требуются дорогие материалы (например, стекло, поликристаллический кремний и индий). Очевидно, что реализация таких проектов возможна благодаря печати новых материалов на 3D-принтере. Например, не так давно стало известно о том, что производство фотоэлектрических элементов из синтетического перовскита дешевле.

Модель проекта ASTRI и CSIRO (Австралия) / Фото: blog.csiro.au

Такие системы можно внедрять в развивающихся странах

Солнечные батареи можно изготавливать на 3D-принтерах, и они дешевле стеклянных панелей, изготовленных традиционными методами. Напечатанные солнечные батареи имеют меньший вес, поскольку они изготавливаются из сверхтонких полосок. Транспортировка таких батарей вызывает меньше трудностей. Эта технология становится доступнее, а значит, возобновляемые источники энергии можно внедрять практически везде и транспортировать их даже в развивающиеся страны, где существуют проблемы с электроснабжением.

Солнечные батареи, напечатанные на 3D-принтере, эффективнее на 20%

Солнечные батареи, изготовленные на 3D-принтере, на 20% эффективнее батарей, созданных традиционными способами. Это обусловлено появлением новых методов, материалов и возможностей проектирования, которые стали возможны благодаря 3D-печати. Солнечной энергетике были нужны инновации, а самое главное – сокращение стоимости. Похоже, 3D-печать совершит революцию в этой отрасли.

Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов

Новая технология 3D-печати фотоэлектрических элементов уже существует, и она может в корне поменять отрасль возобновляемой энергетики. Ниже приведены примеры того, как компании используют 3D-печать для производства солнечных батарей и как исследователи разрабатывают наиболее оптимальные варианты производства высококачественных фотоэлектрических элементов.

В австралийской организации CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) на промышленных 3D-принтерах изготавливаются рулоны фотоэлектрических элементов. Исследователи производят листы фотоэлектрических элементов формата A3, которые подходят для любых поверхностей (например, окон и зданий). Батареи из таких элементов функциональны и эффективны.

На сегодняшний день это крупнейшие фотоэлектрические элементы. Они выполняются из эластичного легкого пластика. Исследователи разработали чернила с фотоэлектрическими свойствами, которые наносятся на полоску из эластичного пластика. Процесс производства включает в себя покрытие полосок с помощью гравированного цилиндра, нанесение материала с использованием щелевой экструзионной головки, а также ракельную печать. Использование аддитивной технологии помогло изготовить систему высокой точности.

Поле солнечных панелей: проект ASTRI и CSIRO (Австралия) / Фото: www.csiro.au

Австралийские специалисты используют солнечную энергию максимально эффективно, однако они печатают не только фотоэлектрические элементы. Например, они могут напечатать целое поле солнечных батарей, ведь в Австралии самая высокая плотность солнечного излучения в мире. 

Этот проект реализован Австралийской научно-исследовательской программой по солнечной энергии (ASTRI) и его ведущим партнером – CSIRO. Устройство собирает концентрированное солнечное излучение в виде тепловой энергии. Гелиостаты в буквальном смысле заполняют целое поле, концентрируя излучение Солнца в 50–1000 раз больше его обычной мощности. Преобразованная солнечная энергия хранится в вышке-приемнике.

Некоторые клиенты французской компании Sculpteo работают с солнечной энергией и используют 3D-печать. Например, основанная в 2014 году компания Simusolar налаживает работу солнечных электростанций в сельской местности Танзании, разрабатывая и внедряя компактные экологичные решения, которые помогают людям в повседневной жизни. Клиенты компании – фермеры, рыбаки и сельские жители, которым требуется оборудование, работающее от солнечного электричества. Simusolar использует 3D-печать, поскольку есть потребность во множестве кастомизированных деталей.

Цель компании Kyung-In Synthetic – снабдить солнечным электричеством отдаленные районы. Для этого было принято решение печатать солнечные батареи. В рамках проекта возобновляемые источники энергии стали доступны более чем одному миллиону людей. Напечатанные на 3D-принтере солнечные батареи выполнены из перовскита – минерала, в состав которого входит титанат кальция. Свойства фотоэлектрических элементов, изготовленных из перовскита, улучшаются с каждым годом, а значит, системы из таких элементов могут работать без снижения эффективности несколько лет. У этой технологии большое будущее.

Напечатанные на 3D-принтере солнечные батареи в Национальных лабораториях Сандия / Фото: 3dprint.com

Инженеры Национальных лабораторий Сандия (штат Нью-Мексико, США) работали над приемниками солнечного излучения и доказали, что они на 20% эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. Батареи были перенастроены и стали поглощать больше солнечного света. Благодаря особой конструкции они могут поглощать свет в различных масштабах.

Аддитивное производство позволяет инженерам создавать солнечные установки со сложной геометрией и значительно упрощает процесс проектирования. Исследователи создали панели жалюзийного типа, поглощающие больше света. Данная система работает без потери энергии. Сперва свет попадает на приемник, а затем поглощается.

Разумеется, для изготовления таких систем необходимо разрабатывать новые материалы и технологии. И если вам кажется, что производство солнечных батарей – сложный процесс, эти примеры демонстрируют, как 3D-печать упрощает его.

Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать в этой сфере может быстро стать одной из ключевых технологий. Например, она делает возможной массовую кастомизацию деталей и систем. Люди смогут заказывать солнечные батареи нужных форм и размеров, изготовленные на 3D-принтере по индивидуальным требованиям.

Разработка нового материала для 3D-печати может сильно изменить отрасль солнечной энергетики. Более того, высокоэффективные элементы низкой стоимости подойдут для изготовления устройств с питанием от солнечной энергии, и, возможно, электричество станет доступно во всем мире, даже в самых отдаленных районах.

Энергетика и 3D-печать становятся отличными партнерами. Вероятно, в будущем они помогут разработать множество экологически чистых систем, использование которых поможет бороться с изменением климата. 


Автор: Люси Гаже. Перевод с английского. Оригинал материала на сайте Sculpteo
Фото в заставке: Littlegate Publishing

Статья опубликована 05.11.2019 , обновлена 08.04.2021

Основы солнечных фотоэлектрических элементов

| Министерство энергетики

Кремний

Кремний, безусловно, является наиболее распространенным полупроводниковым материалом, используемым в солнечных элементах, составляя примерно 95% модулей, продаваемых сегодня. Это также второй по распространенности материал на Земле (после кислорода) и наиболее распространенный полупроводник, используемый в компьютерных микросхемах. Кристаллические кремниевые ячейки состоят из атомов кремния, соединенных друг с другом, чтобы сформировать кристаллическую решетку. Эта решетка обеспечивает организованную структуру, которая делает преобразование света в электричество более эффективным.

Солнечные элементы, изготовленные из кремния, в настоящее время обеспечивают сочетание высокой эффективности, низкой стоимости и длительного срока службы. Ожидается, что модули прослужат 25 или более лет, и по истечении этого срока все еще будут вырабатывать более 80% своей первоначальной мощности.

Тонкопленочная фотогальваника

Тонкопленочный солнечный элемент изготавливается путем нанесения одного или нескольких тонких слоев фотоэлектрического материала на поддерживающий материал, такой как стекло, пластик или металл. Сегодня на рынке представлены два основных типа тонкопленочных фотоэлектрических полупроводников: теллурид кадмия (CdTe) и диселенид меди, индия, галлия (CIGS).Оба материала можно наносить непосредственно на переднюю или заднюю поверхность модуля.

CdTe является вторым по распространенности фотоэлектрическим материалом после кремния, и элементы CdTe могут быть изготовлены с использованием недорогих производственных процессов. Хотя это делает их экономичной альтернативой, их эффективность по-прежнему не так высока, как у кремния. Ячейки CIGS обладают оптимальными свойствами для фотоэлектрического материала и высокой эффективностью в лаборатории, но сложность, связанная с объединением четырех элементов, делает переход от лаборатории к производству более сложным.И CdTe, и CIGS требуют большей защиты, чем кремний, чтобы обеспечить длительную работу на открытом воздухе.

Перовскитная фотогальваника

Перовскитные солнечные элементы представляют собой тип тонкопленочных элементов, названных в честь их характерной кристаллической структуры. Ячейки из перовскита состоят из слоев материалов, которые напечатаны, покрыты или нанесены вакуумным осаждением на нижележащий опорный слой, известный как подложка. Как правило, их легко собрать, и они могут достигать эффективности, аналогичной кристаллическому кремнию.В лаборатории эффективность перовскитных фотоэлементов повышалась быстрее, чем у любого другого фотоэлектрического материала, с 3% в 2009 году до более 25% в 2020 году. Чтобы быть коммерчески жизнеспособными, перовскитные фотоэлементы должны стать достаточно стабильными, чтобы выдержать 20 лет на открытом воздухе, поэтому исследователи работают над тем, чтобы сделать их более долговечными и разрабатывают крупномасштабные и недорогие технологии производства.

Organic Photovoltaics

Органические фотоэлектрические элементы, или OPV, состоят из богатых углеродом (органических) соединений и могут быть адаптированы для улучшения определенных функций фотоэлектрических элементов, таких как ширина запрещенной зоны, прозрачность или цвет.Элементы OPV в настоящее время примерно вдвое менее эффективны, чем элементы из кристаллического кремния, и имеют более короткий срок службы, но могут быть дешевле в производстве в больших объемах. Их также можно наносить на различные вспомогательные материалы, такие как гибкий пластик, благодаря чему OPV может использоваться в самых разных областях. PV

Фотоэлектрический эффект | физика | Britannica

Фотоэлектрический эффект , процесс, при котором два разнородных материала в тесном контакте создают электрическое напряжение при воздействии света или другой лучистой энергии.Легкие поражающие кристаллы, такие как кремний или германий, в которых электроны обычно не могут свободно перемещаться от атома к атому внутри кристалла, обеспечивают энергию, необходимую для освобождения некоторых электронов из их связанного состояния. Свободные электроны легче пересекают переход между двумя разнородными кристаллами в одном направлении, чем в другом, давая одной стороне перехода отрицательный заряд и, следовательно, отрицательное напряжение по отношению к другой стороне, так же, как один электрод батареи имеет отрицательный заряд. отрицательное напряжение по отношению к другому.Фотоэлектрический эффект может продолжать обеспечивать напряжение и ток, пока свет продолжает падать на два материала. Этот ток можно использовать для измерения яркости падающего света или в качестве источника энергии в электрической цепи, например, в солнечной энергетической системе ( см. Солнечный элемент ).

Фотоэлектрический эффект в солнечной батарее можно проиллюстрировать аналогией с ребенком на слайде. Первоначально и электрон, и ребенок находятся в своих соответствующих «основных состояниях».Затем электрон поднимается до своего возбужденного состояния, потребляя энергию, полученную от падающего света, точно так же, как ребенок поднимается до «возбужденного состояния» наверху горки, потребляя химическую энергию, хранящуюся в его теле. В обоих случаях теперь в возбужденном состоянии имеется энергия, которую можно расходовать. В отсутствие материалов, образующих переходы, возбужденные свободные электроны не имеют стимула двигаться в определенном направлении; в конечном итоге они возвращаются в основное состояние. С другой стороны, всякий раз, когда два разных материала соприкасаются, вдоль контакта создается электрическое поле.Это так называемое встроенное поле, которое воздействует на свободные электроны, эффективно «наклоняя» электронные состояния и заставляя возбужденные свободные электроны подключаться к внешней электрической нагрузке, где их избыточная энергия может рассеиваться. Внешняя нагрузка может быть простым резистором или любым из множества электрических или электронных устройств, от двигателей до радиоприемников. Соответственно, ребенок переходит на горку из-за желания развлечься. Именно на горке ребенок рассеивает лишнюю энергию.Наконец, когда избыточная энергия израсходована, и электрон, и ребенок возвращаются в основное состояние, где они могут начать весь процесс заново. Как видно из рисунка, электрон, как и ребенок, движется в одном направлении. Короче говоря, фотоэлектрический эффект производит постоянный ток (DC), который постоянно течет только в одном направлении. См. Также фотоэлектрический эффект .

Как работают солнечные элементы?

Почему мы тратим время на бурение в поисках нефти и копать уголь, когда в небе над нами стоит гигантская электростанция, посылающая чистая, непрерывная энергия бесплатно? Солнце, бурлящий шар ядерная энергетика, на борту достаточно топлива чтобы управлять нашей Солнечной системой еще на пять миллиардов лет, а солнечные панели может превратить эту энергию в бесконечную, удобную подача электроэнергии.

Солнечная энергия может показаться странной или футуристической, но это уже довольно банальность.На запястье могут быть кварцевые часы на солнечной энергии или карманный калькулятор на солнечных батареях. У многих людей есть фонари на солнечных батареях в их саду. Космические корабли и спутники обычно на них тоже есть солнечные батареи. Американское космическое агентство NASA даже разработало солнечную батарею. самолет! Как глобальное потепление продолжает угрожать нашей окружающей среде, мало сомнений в том, что солнечная энергия станет еще более важной формой возобновляемой энергии в будущем. Но как именно это работает?

Фото: самолет NASA Pathfinder, работающий на солнечной энергии.Верхняя поверхность крыла покрыта легкими солнечными батареями, питающими винты самолета. Изображение любезно предоставлено НАСА Центр летных исследований Армстронга.

Сколько энергии мы можем получить от Солнца?

Фото: Количество энергии, которое мы можем уловить от солнечного света, минимально на восходе и закате, а также максимум в полдень, когда Солнце находится прямо над головой.

Солнечная энергия потрясающая. В среднем каждый квадратный метр Земли поверхность получает 164 Вт солнечной энергии (цифру мы объясним более подробно чуть позже).Другими словами, вы могли поставить действительно мощную (150 ватт) настольную лампу на каждый квадратный метр Поверхность Земли и озарить всю планету энергией Солнца! Или поставить это по-другому, если бы мы покрыли только один процент пустыни Сахара солнечными панелей, мы могли бы производить достаточно электроэнергии чтобы привести в действие весь мир. Это хорошее в солнечной энергии: их ужасно много — гораздо больше, чем мы могли бы когда-либо использовать.

Но есть и обратная сторона. Энергия, которую излучает Солнце, прибывает Земля как смесь света и тепла.Оба они невероятно важно — свет заставляет растения расти, давая нам пищу, в то время как тепло согревает нас достаточно, чтобы выжить, но мы не можем использовать ни то, ни другое Солнечный свет или тепло для работы телевизора или автомобиля. Мы должны найти способ преобразования солнечной энергии в другие формы энергии, которые мы можно использовать более легко, например, электричество. И это именно то, что солнечная клетки делают.

Что такое солнечные элементы?

Солнечный элемент — электронное устройство, улавливающее солнечный свет и превращает его прямо в электричество.Он размером с ладонь взрослого человека, восьмиугольной формы и голубовато-черного цвета. Солнечные элементы часто объединяются в более крупные блоки, называемые солнечными модулями и . соединены в еще более крупные блоки, известные как солнечные панели (черные или плиты синего цвета, которые вы видите в домах людей, обычно с несколькими сотни отдельных солнечных элементов на крышу) или измельченные на куски (чтобы обеспечивают питание небольших гаджетов, таких как карманные калькуляторы и цифровые часы).

Фото: Крыша этого дома покрыта 16 солнечными панелями, каждая из которых состоит из сетки 10 × 6 = 60 маленьких солнечных элементов.В хороший день он, вероятно, вырабатывает около 4 киловатт электроэнергии.

Так же, как элементы в батарее, ячейки в солнечные панели предназначены для выработки электроэнергии; но где батарея клетки производят электричество из химикатов, клетки солнечной панели производят мощность, вместо этого улавливая солнечный свет. Их иногда называют фотоэлектрическими (ФЭ). клетки, потому что они используют солнечный свет («фотография» происходит от греческого слова «свет») для производства электричества ( слово «гальванический» — это отсылка к итальянскому первопроходцу в области электроэнергетики. Алессандро Вольта, 1745–1827).

Мы можем думать о свете как о крошечных частицах, называемых фотонов , поэтому луч солнечного света похож на ярко-желтый огонь Мы стреляем из триллионов в триллионы фотонов на нашем пути. Прилепите солнечный элемент на своем пути, и он улавливает эти энергичные фотоны и превращает их в поток электронов — электрический ток. Каждая ячейка вырабатывает несколько вольт электричества, поэтому работа солнечной панели состоит в том, чтобы объединить энергию, производимую многими клетками, чтобы произвести полезное количество электрического тока и Напряжение.Практически все современные солнечные элементы сделаны из ломтиков. кремния (один из самых распространенных химических элементов на Земле, обнаружен в песке), хотя, как мы вскоре увидим, множество других материалов также можно использовать (или вместо него). Когда солнечный свет попадает на солнечную батарею, энергия он выносит электроны из кремния. Их можно заставить обтекать электрическую цепь и приводить в действие все, что работает электричество. Это довольно упрощенное объяснение! Теперь давайте возьмем присмотреться …

Как изготавливаются солнечные элементы?

Фото: одиночный фотоэлемент.Изображение Рика Митчелла, любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Кремний — это материал, из которого сделаны транзисторы. (крошечные переключатели) в микрочипах сделаны — и солнечные элементы работают аналогичным образом. Кремний — это тип материала, который называется полупроводником. Некоторые материалы, особенно металлы, пропускают через них электричество. очень легко; их называют кондукторами. Другие материалы, такие как пластик и дерево, на самом деле не пусть электричество течет через них в все; их называют изоляторами.Полупроводники, такие как кремний, ни проводники, ни изоляторы: они обычно не проводят электричество, но при определенных обстоятельствах мы можем заставить их это сделать.

Солнечный элемент — это сэндвич из двух разных слоев кремния, прошли специальную обработку или добавили допинг, поэтому они позволит электричеству течь через них определенным образом. Нижний слой легированный, поэтому в нем немного меньше электронов. Он называется кремнием p-типа или положительного типа (потому что электроны заряжены отрицательно, и в этом слое их слишком мало).Верхний слой легируется противоположным образом, чтобы получить слишком много электронов. Это называется кремнием n-типа или отрицательного типа. (Ты можно узнать больше о полупроводниках и легировании в наших статьях о транзисторах и интегральные схемы.)

Когда мы помещаем слой кремния n-типа на слой p-типа кремния, барьер создается на стыке двух материалов ( важнейшая граница, на которой встречаются два вида кремния). Нет электроны могут пересечь барьер, поэтому, даже если мы подключим этот кремний бутерброд к фонарику, ток не протечет: лампочка не загорится вверх.Но если мы посветим на бутерброд, что-нибудь примечательное. бывает. Мы можем думать о свете как о потоке энергетического «света». частицы », называемые фотонами. Когда фотоны входят В нашем сэндвиче они отдают свою энергию атомам кремния. Поступающая энергия выбивает электроны из нижнего слоя p-типа, поэтому Oни перепрыгнуть через барьер на слой n-типа выше и обтекать схема. В чем больше света светит, тем больше электронов подпрыгивает и тем больше ток потоки.

Это то, что мы подразумеваем под фотоэлектрическими элементами — напряжение, создающее свет. ученые называют это фотоэлектрическим эффектом.

А теперь подробнее …

Это базовое введение в солнечные элементы — и если это все, что вам нужно, вы можете здесь остановиться. В оставшейся части этой статьи более подробно рассказывается о различных типах солнечных элементов, о том, как люди применяют солнечную энергию на практике, и почему солнечной энергии требуется так много времени, чтобы поймать.

Насколько эффективны солнечные элементы?

Диаграмма: Сравнение эффективности солнечных элементов: самый первый солнечный элемент соскоблился с КПД всего 6 процентов; самый эффективный из всех произведенных на сегодняшний день отработал 46 процентов в лабораторных условиях.Большинство клеток относятся к типам первого поколения, которые теоретически могут управлять примерно 15 процентами, а на практике, вероятно, 8 процентами.

Основное правило физики, называемое законом сохранения энергии, гласит: что мы не можем волшебным образом создать энергию или превратить ее в тонкую воздух; все, что мы можем сделать, это преобразовать его из одной формы в другую. Это означает солнечный элемент не может производить больше электроэнергии, чем он воспринимает каждую секунду как свет. На практике, как мы вскоре увидим, большинство клеток преобразует около 10–20 процентов энергии, которую они получать в электричество.Типичный кремниевый однопереходный солнечный ячейка имеет теоретическую максимальную эффективность около 30 процентов, известную как Предел Шокли-Кайссера . Это по сути потому, что солнечный свет содержит широкую смесь фотонов с разными длинами волн и энергии, и любой однопереходный солнечный элемент будет оптимизирован для улавливают фотоны только в определенной полосе частот, тратя все остальное. Некоторым фотонам, падающим на солнечный элемент, не хватает энергия, чтобы выбить электроны, поэтому они эффективно тратятся, в то время как у некоторых слишком много энергии, и избыток также тратится зря.Очень лучшие, современные лабораторные ячейки могут справиться с 46% эффективность в абсолютно идеальных условиях за счет использования нескольких узлов ловить фотоны разной энергии.

Реальные бытовые солнечные панели могут иметь КПД около 15 процентов, если процентный пункт здесь или там, и это вряд ли станет намного лучше. Однопереходные солнечные элементы первого поколения не подходят 30-процентная эффективность предела Шокли-Кайссера, не говоря уже о лабораторный рекорд 46 процентов.Всевозможные надоедливые факторы реального мира съедают номинальный КПД, включая конструкцию панелей, их расположение и под углом, находятся ли они когда-либо в тени, насколько чистыми вы их держите, как они становятся горячими (повышение температуры снижает их эффективность), и вентилируются ли они (позволяя воздуху циркулировать под ними) чтобы держать их в прохладе.

Типы фотоэлектрических фотоэлементов

Большинство солнечных элементов, которые вы увидите сегодня на крышах людей, — это по сути просто кремниевые бутерброды, специально обработанные («легированные») чтобы сделать из них более качественные электрические проводники.Ученые называют эти классические солнечные элементы как первое поколение, в значительной степени для дифференциации их от двух разных, более современных технологий, известных как вторичные и третье поколение. Так в чем разница?

Первое поколение

Фото: красочная коллекция солнечных элементов первого поколения. Фотография любезно предоставлена ​​Исследовательским центром Гленна НАСА. (НАСА-GRC).

Около 90 процентов солнечных элементов в мире изготавливаются из пластин. кристаллического кремния (сокращенно c-Si), вырезанного из крупных слитков, которые выращиваются в сверхчистых лабораториях в процессе, который может на выполнение потребуется до месяца.Слитки имеют форму монокристаллы ( монокристаллический или моно-Si) или содержат несколько кристаллов ( поликристаллический , мульти-Si или поли c-Si). Солнечные элементы первого поколения работают так же, как мы. показано в рамке вверху: они используют простой простой переход между слоями кремния n-типа и p-типа, которые вырезаны из отдельные слитки. Таким образом, слиток n-типа будет получен путем нагревания кусков кремния с небольшими количествами фосфора, сурьмы или мышьяка, как легирующая добавка, в то время как слиток p-типа будет использовать бор в качестве легирующей примеси.Затем срезы кремния n-типа и p-типа сливаются, чтобы соединение. Добавлены еще несколько наворотов (например, антибликовое покрытие, которое улучшает поглощение света и придает фотоэлектрические элементы их характерного синего цвета, защитное стекло на передней и пластиковой основе, и металлические соединения, чтобы ячейка могла быть включенным в цепь), но простой p-n переход — это суть большинство солнечных батарей. Это в значительной степени то, как все фотоэлектрические кремниевые солнечные клетки работают с 1954 года, когда ученые Bell Labs пионер технологии: сияющий солнечный свет на кремнии, извлеченном из песок, они вырабатывали электричество.

Второе поколение

На фото: тонкопленочная солнечная «панель» второго поколения. Энергогенерирующая пленка сделана из аморфного кремния, прикреплена к тонкой, гибкой и относительно недорогой пластиковой основе («подложке»). Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено NREL (идентификатор изображения # 6321083).

Классические солнечные элементы представляют собой относительно тонкие пластины, обычно фракция миллиметра (около 200 мкм, 200 мкм или около того). Но это абсолютные слябов по сравнению со вторым поколением. элементы, широко известные как тонкопленочные солнечные элементы (TPSC) или тонкопленочные фотоэлектрические элементы (TFPV), которые примерно в 100 раз снова тоньше (глубиной несколько микрометров или миллионных долей метра).Хотя большинство из них по-прежнему сделаны из кремния (другая форма, известная как аморфный кремний, a-Si, в котором атомы расположены беспорядочно вместо точно упорядоченных в регулярной кристаллической структуре), некоторые из них изготовлены из других материалов, в частности теллурида кадмия (Cd-Te) и диселенид меди, индия, галлия (CIGS). Потому что они чрезвычайно тонкие, легкие и гибкие солнечные элементы второго поколения могут быть ламинированный на окна, световые люки, черепицу и все виды «подложки» (материалы основы), включая металлы, стекло и полимеры (пластмассы).То, что клетки второго поколения приобретают в гибкости, они приносят в жертву. эффективность: классические солнечные элементы первого поколения по-прежнему превосходят их. Таким образом, хотя первоклассная ячейка первого поколения может достичь КПД 15–20 процентов, аморфный кремний изо всех сил пытается превзойти 7 процентов, лучшие тонкопленочные элементы Cd-Te выдерживают только около 11 процентов, а клетки CIGS работают не лучше, чем 7–12 процентов. Это один причина, почему, несмотря на свои практические преимущества, второе поколение элементы пока что оказали относительно небольшое влияние на рынок солнечной энергии.

Третье поколение

Фото: пластиковые солнечные элементы третьего поколения, созданные исследователями Национальной лаборатории возобновляемой энергии. Фото Джека Демпси любезно предоставлено NREL. (идентификатор изображения # 6322357).

Новейшие технологии сочетают в себе лучшие черты первого и клетки второго поколения. Как и клетки первого поколения, они обещают относительно высокий КПД (30 процентов и более). Нравиться клетки второго поколения, они с большей вероятностью будут сделаны из материалы, отличные от «простого» кремния, такие как аморфный кремний, органические полимеры (изготовление органических фотоэлектрических элементов, OPV), кристаллы перовскита, и иметь несколько переходов (сделанных из нескольких слоев различных полупроводниковых материалы).В идеале это сделало бы их дешевле, эффективнее, и более практичны, чем клетки первого или второго поколения. В настоящее время мировой рекорд эффективности для солнечной энергии третьего поколения. составляет 28 процентов, достигнуто с помощью тандемного солнечного элемента перовскит-кремний в декабре 2018 года.

Сколько энергии мы можем получить с помощью солнечных батарей?

«Общая солнечная энергия, которая достигает Земли поверхность может удовлетворить существующие глобальные потребности в энергии в 10 000 раз ».

Европейская ассоциация фотоэлектрической промышленности / Гринпис, 2011 г. .

Теоретически огромная сумма. Забудем пока о солнечных батареях и просто рассмотрите чистый солнечный свет. До 1000 Вт чистой солнечной энергии попадает на каждый квадратный метр Земли, указывая прямо на Солнце (это теоретическая мощность прямого полуденного солнечного света на безоблачный день — солнечные лучи падают перпендикулярно земной поверхность и дает максимальное освещение или инсоляцию , так как это технически известный). На практике после корректировки наклона планеты и времени суток, лучшее, что мы можем получить, это возможно, 100–250 Вт на квадратный метр в типичных северных широтах. (даже в безоблачный день).Это составляет около 2–6 кВт / ч в день. (в зависимости от того, находитесь ли вы в северном регионе, например, в Канаде или Шотландия или что-нибудь более услужливое, например Аризона или Мексика). Умножение производства на целый год дает нам что-то от 700 до 2500 кВтч на квадратный метр (700–2500 единиц электричество). В более жарких регионах явно гораздо больше солнечной энергии. потенциал: например, Ближний Восток получает около 50–100 на процент больше полезной солнечной энергии каждый год, чем в Европе.

К сожалению, типичные солнечные элементы составляют всего около 15 процентов эффективен, поэтому мы можем уловить только часть этого теоретического энергия.Вот почему солнечные панели должны быть такими большими: количество мощность, которую вы можете сделать, очевидно, напрямую зависит от того, сколько площади вы может позволить себе накрыть клетками. Один солнечный элемент (размером примерно компакт-диска) может генерировать около 3–4,5 Вт; типичный солнечный модуль состоит из массива примерно из 40 ячеек (5 рядов по 8 ячеек) мог составлять около 100–300 Вт; несколько солнечных панелей, каждая состоящий примерно из 3–4 модулей, поэтому может генерировать абсолютную максимум несколько киловатт (вероятно, достаточно, чтобы удовлетворить домашнюю пиковая мощность).

А как насчет солнечных ферм?

Фото: Огромный проект по производству солнечной энергии в Аламосе площадью 91 гектар (225 акров) в Колорадо вырабатывает до 30 мегаватт солнечной энергии с помощью трех хитрых уловок. Во-первых, существует огромное количество фотоэлектрических панелей (500 штук, каждая из которых способна выработки 60кВт). Каждая панель установлена ​​на отдельном вращающемся узле, поэтому она может отслеживать Солнце по небу. И на каждой из них установлено несколько линз Френеля, которые концентрируют солнечные лучи на своих солнечных элементах.Фото Денниса Шредера любезно предоставлено NREL. (идентификатор изображения # 10895528).

Но предположим, что мы действительно хотим произвести больших единиц солнечной энергии. власть. Чтобы произвести столько электроэнергии, сколько здоровенная ветряная турбина (с пиковая выходная мощность может быть два или три мегаватта), вам нужно около 500–1000 солнечных крыш. И чтобы посоревноваться с большим угольным или атомным электростанция (номинальная мощность в гигаваттах, что означает тысячи мегаватт или миллиарды ватт), вам снова понадобится в 1000 раз больше — эквивалент около 2000 ветряных турбин или, возможно, миллион солнечных крыш.(Эти сравнения предполагают, что наша солнечная и ветровая энергия производят максимальную мощность.) Даже если солнечные батареи являются чистыми и эффективными источниками энергии, одна вещь, на которую они не могут претендовать в настоящий момент, — это эффективность использование земли. Даже те огромные солнечные фермы, которые сейчас появляются повсюду место производит только скромное количество энергии (обычно около 20 мегаватт, или около 1 процента от как большая, 2 гигаваттная угольная или атомная электростанция). Возобновляемые источники энергии в Великобритании Компания Ecotricity подсчитала, что требуется около 22000 панелей, уложенных на Участок площадью 12 га (30 акров) для создания 4.2 мегаватта мощности, примерно столько же, сколько два больших ветра турбин и достаточно для питания 1200 домов.

Власть народу

Фото: ветряная микротурбина и солнечная панель работают вместе, чтобы питать батарею, которая поддерживает этот предупреждающий знак о строительстве шоссе днем ​​и ночью. Солнечная панель установлена ​​лицом к небу на плоской желтой «крышке», которую вы видите прямо над дисплеем.

Некоторые люди обеспокоены тем, что солнечные фермы сожрут землю, которую мы потребность в реальных агропродовольственных товаров.Беспокоясь о отвод земли упускает важный момент, если мы говорим о размещении солнечной энергии. панели на отечественных кровлях . Экологи утверждают, что Настоящая цель солнечной энергетики не в том, чтобы создавать большие централизованные солнечные электростанции (так что мощные энергокомпании могут продолжать продавать электричество бессильным людям с высокой прибылью), но вытеснить грязные, неэффективные, централизованные электростанции, позволяющие людям создают силу в том самом месте, где они ее используют. Что устраняет неэффективность производства электроэнергии на ископаемом топливе, загрязнение воздуха и выбросы углекислого газа, которые они производят, а также устраняет неэффективность передачи энергии с точки зрения производство до точки использования с помощью воздушных или подземных источников энергии линий.Даже если вам придется покрыть всю крышу солнечными батареями (или ламинируйте тонкопленочные солнечные элементы на все окна), если бы вы могли удовлетворить все ваши потребности в электроэнергии (или даже большую часть их), это не имело бы значения: ваша крыша в любом случае — просто потраченное впустую пространство. Согласно отчету Европейской фотоэлектрической промышленности за 2011 год [PDF] Ассоциации и Гринпис, нет необходимости покрывать ценные сельхозугодья с солнечными батареями: около 40 процентов всех крыш и 15 процент фасадов зданий в странах ЕС подходит для фотоэлектрических панели, которые составят примерно 40 процентов от общего спрос на электроэнергию к 2020 году.

Важно не забывать, что солнечная энергия переключает мощность поколения на точка мощности потребление — и это имеет большой практический преимущества. Наручные часы и калькуляторы на солнечных батареях теоретически не нуждаются в батареях (на практике у них есть резервные батареи) и многие из нас будут наслаждаться смартфонами на солнечных батареях, которые никогда не были нужны зарядка. Дорожные и железнодорожные знаки теперь иногда работают на солнечной энергии; мигающие знаки аварийного обслуживания часто оснащены солнечными батареями поэтому их можно развернуть даже в самых удаленных местах.В развивающиеся страны, богатые солнечным светом, но бедные электричеством инфраструктура, солнечные батареи питают водяные насосы, телефонные будки, и холодильники в больницах и поликлиниках.

Почему солнечная энергия еще не прижилась?

Ответ на этот вопрос — смесь экономических, политических и технологические факторы. С экономической точки зрения в большинстве в странах электричество, произведенное с помощью солнечных батарей, по-прежнему дороже, чем электричество, произведенное путем сжигания грязи, загрязняющие ископаемые виды топлива.В мире есть огромные инвестиции в ископаемое топливной инфраструктуры и, хотя могущественные нефтяные компании баловались в ответвлениях солнечной энергии они, кажется, гораздо больше заинтересованы в продление срока службы существующих запасов нефти и газа с такие технологии, как гидроразрыв (гидроразрыв). В политическом плане нефтяные, газовые и угольные компании чрезвычайно сильные и влиятельные и противостоят окружающей среде правила, которые поддерживают возобновляемые технологии, такие как солнечная и ветровая власть. Технологически, как мы уже видели, солнечные элементы — это постоянные «незавершенные работы» и большая часть солнечной энергии в мире инвестиции по-прежнему основаны на технологиях первого поколения.Кто знает, возможно, пройдет еще несколько десятилетий, прежде чем недавние научные успехи делают экономическое обоснование использования солнечной энергии действительно убедительным?

Одна проблема с аргументами такого рода состоит в том, что они весят только основные экономические и технологические факторы и не учитывают скрытые экологические затраты на разливы нефти, загрязнение воздуха, разрушение земель в результате добычи угля или климат изменения — и особенно будущие затраты, которые трудно или невозможно предсказать.Вполне возможно, что растущее осознание из этих проблем ускорит переход от ископаемого топлива, даже если не будет дальнейших технологических достижений; другими словами, может наступить время, когда мы больше не сможем откладывать всеобщее внедрение возобновляемых источников энергии. В конечном итоге все эти факторы взаимосвязаны. При убедительном политическом лидерстве мир мог взяться за солнечную революцию завтра: политика может заставить технологические усовершенствования, которые меняют экономику солнечной энергетики.

И одной только экономики могло хватить. Темп технологий, инноваций в производство и экономия на масштабе продолжают снижать стоимость солнечных батарей и панелей. Только с 2008 по 2009 год по словам аналитика BBC по окружающей среде Роджер Харрабин, цены упали примерно на 30 процентов, а Растущее доминирование Китая в производстве солнечной энергии с тех пор продолжает их сбивать. В период с 2010 по 2016 год стоимость крупномасштабных фотоэлектрических систем упала. примерно на 10–15 процентов в год, по данным Управление энергетической информации США; В целом цена перехода на солнечную энергию за последнее десятилетие упала примерно на 90 процентов, что еще больше укрепило позиции Китая на рынке.Шесть из десяти ведущих мировых производителей солнечной энергии теперь китайцы; в 2016 году около двух третей новых солнечных мощностей в США приходилось на Китай, Малайзию и Южную Корею.

Фото: Солнечные элементы — не единственный способ получить энергию из солнечного света или даже обязательно наилучшим образом. Мы также можем использовать солнечную тепловую энергию (поглощение тепла от солнечного света для нагрева воды в вашем доме), пассивную солнечную энергию (проектирование здания для поглощения солнечного света) и солнечные коллекторы (показаны здесь). В этой версии 16 зеркал собирать солнечный свет и концентрировать его на двигателе Стирлинга (серый прямоугольник справа), который является чрезвычайно эффективным производителем энергии.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено NREL (идентификатор изображения # 6323238).

Быстро догнать?

Ожидается, что переломный момент для солнечной энергии наступит тогда, когда это возможно. достичь чего-то, что называется паритетом сетки , что означает, что вырабатываемое вами электричество на солнечной энергии становится столь же дешевым, как мощность, которую вы покупаете из сети. Многие европейские страны ожидают достичь этого рубежа к 2020 году. Solar, безусловно, опубликовала очень впечатляющие темпы роста в последние годы, но важно помните, что он по-прежнему представляет только часть всего мира энергия.В Великобритании, например, солнечная промышленность хвасталась «этапное достижение» в 2014 году, когда оно почти удвоило общее установленная мощность солнечных панелей примерно от 2,8 ГВт до 5 ГВт. Но что по-прежнему представляет собой лишь пару крупных электростанций и, на максимум выход , всего 8 процентов от общего количества в Великобритании потребность в электроэнергии примерно 60 ГВт (с учетом таких вещей, как облачность снизит его до какой-то доли 8 процентов).

По данным Управления энергетической информации США, в Соединенных Штатах, где была изобретена фотоэлектрическая технология, по состоянию на 2018 год, солнечный представляет только 1.6 процентов от общего производства электроэнергии в стране. Это примерно на 23 процента больше, чем в 2017 году (когда солнечная энергия составляла 1,3 процента), на 80 процентов больше, чем в 2016 году (когда этот показатель составлял 0,9 процента). и примерно в четыре раза больше, чем в 2014 году (когда солнечная энергия составляла всего 0,4 процента). Тем не менее, это примерно в 20 раз меньше угля. и в 40 раз меньше, чем все ископаемые виды топлива. Другими словами, даже 10-кратное увеличение солнечной энергии в США будет увидеть, что он производит не более половины электроэнергии, чем уголь сегодня (10 × 1,6 = 16 процентов по сравнению с 27.4% по углю в 2018 г.). Это Следует отметить, что два основных ежегодных энергетических обзора в мире, Статистический обзор мировой энергетики и международной Ключевая мировая энергетическая статистика энергетического агентства, почти не упоминает солнечную мощность вообще, кроме как в примечании.

Диаграмма

: Солнечная энергия с каждым годом производит больше нашей электроэнергии, но все еще далеко столько же, сколько угля. На этой диаграмме сравнивается процент электроэнергии, вырабатываемой в США за счет солнечной энергии. мощность (зеленая линия) и уголь (красная линия).В одних странах положение лучше, в других — хуже. Составлено Expainthatstuff.com с использованием исторических и текущих данных из Управление энергетической информации США.

Это изменится в ближайшее время? Просто могло бы. Согласно Доклад исследователей из Оксфордского университета 2016 г., стоимость солнечной энергии сейчас падает так быстро, что она должна обеспечить 20 процентов мировых потребностей в энергии к 2027 году, что станет серьезным изменением по сравнению с тем, где мы находимся сегодня, и гораздо более высокие темпы роста, чем кто-либо прогнозировал ранее.Может ли такой рост продолжаться? Может ли солнечная энергия действительно повлиять на изменение климата, пока не стало слишком поздно? Смотрите это пространство!

Краткая история солнечных элементов

  • 1839: французский физик Александр-Эдмон Беккерель (отец пионера радиоактивности Анри Беккереля) обнаруживает, что некоторые металлы являются фотоэлектрическими: они производят электричество при воздействии света.
  • 1873: английский инженер Уиллоуби Смит обнаруживает, что селен является особенно эффективным фотопроводником (позже он был использован Честером Карлсоном в его изобретении копировального аппарата).
  • 1905: физик немецкого происхождения Альберт Эйнштейн разбирается в физике фотоэлектрического эффекта, открытие, которое в конечном итоге принесло ему Нобелевскую премию.
  • 1916: американский физик Роберт Милликен экспериментально доказывает теорию Эйнштейна.
  • 1940: Рассел Ол из Bell Labs случайно обнаруживает, что полупроводник с легированным переходом вырабатывает электрический ток при воздействии света.
  • 1954: Исследователи Bell Labs Дэрил Чапин , Кэлвин Фуллер и Джеральд Пирсон создают первый практический фотоэлектрический кремниевый солнечный элемент, эффективность которого составляет около 6 процентов (более поздняя версия — 11 процентов).Они объявляют о своем изобретении, первоначально называвшемся «солнечной батареей», 25 апреля.
  • 1958: Космические спутники Vanguard, Explorer и Sputnik начинают использовать солнечные батареи.
  • 1962: 3600 солнечных батарей Bell используются для питания Telstar, новаторского телекоммуникационного спутника.
  • 1997: Федеральное правительство США объявляет о своей инициативе «Миллион солнечных крыш» — к 2010 году построить миллион крыш, работающих на солнечной энергии.
  • 2002: НАСА запускает свой солнечный самолет Pathfinder Plus.
  • 2009: Ученые обнаружили, что кристаллы перовскита обладают огромным потенциалом в качестве фотоэлектрических материалов третьего поколения.
  • , 2014 г .: совместная работа немецких и французских ученых установила новый рекорд КПД в 46% для солнечного элемента с четырьмя переходами.
  • 2020: Согласно прогнозам, солнечные элементы будут соответствовать сетевому паритету (вырабатываемая вами солнечная энергия будет такой же дешевой, как и энергия, которую вы покупаете в сети).
  • 2020: Перовскитно-кремниевые элементы обещают значительное повышение эффективности использования солнечной энергии.

Основы солнечной фотоэлектрической технологии | NREL

Солнечные элементы, также называемые фотоэлектрическими элементами, преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество.

Фотоэлектрические системы (часто сокращенно PV) получили свое название от процесса преобразования свет (фотоны) в электричество (напряжение), что называется фотоэлектрическим эффектом .Это явление было впервые использовано в 1954 году учеными Bell Laboratories, которые создал рабочий солнечный элемент из кремния, который генерировал электрический ток при воздействии солнечных лучей. Солнечные батареи вскоре стали использоваться для питания космических спутников. и более мелкие предметы, такие как калькуляторы и часы. Сегодня электричество от солнечных батарей стал конкурентоспособным по стоимости во многих регионах, и в настоящее время развертываются фотоэлектрические системы. в больших масштабах, чтобы помочь электроснабжению электросети.

Кремниевые солнечные элементы

Подавляющее большинство современных солнечных батарей изготовлено из кремния и предлагает как разумные цены, так и хорошую эффективность (скорость, с которой солнечные батареи ячейка преобразует солнечный свет в электричество). Эти ячейки обычно собираются в более крупные модули, которые можно устанавливать на крышах жилых или коммерческих зданий или развернуты на наземных стойках для создания огромных систем полезного действия.

Тонкопленочные солнечные элементы

Другая широко используемая фотоэлектрическая технология известна как тонкопленочные солнечные элементы, потому что они сделаны из очень тонких слоев полупроводникового материала, такого как кадмий. теллурид меди или диселенид галлия индия. Толщина этих слоев клеток составляет всего несколько микрометров, то есть несколько миллионных долей метра.

Тонкопленочные солнечные элементы могут быть гибкими и легкими, что делает их идеальными для портативных устройств. приложения — например, в солдатском рюкзаке — или для использования в других продуктах, таких как окна которые производят электричество от солнца.Некоторые типы тонкопленочных солнечных элементов также приносят пользу. от производственных технологий, которые требуют меньше энергии и легче масштабируются чем технологии производства кремниевых солнечных элементов.

III-V Солнечные элементы

Третий тип фотоэлектрических технологий назван в честь элементов, из которых они состоят. Солнечные элементы III-V в основном состоят из элементов III-е группы.g., галлий и индий — и группа V — например, мышьяк и сурьма — периодической таблицы. Эти солнечные элементы обычно намного дороже в производстве, чем другие технологии. Но они преобразуют солнечный свет в электричество с гораздо более высокой эффективностью. Из-за этого эти солнечные элементы часто используется на спутниках, беспилотных летательных аппаратах и ​​других приложениях, требующих высокое соотношение мощности к весу.

Солнечные элементы нового поколения

Исследователи солнечных элементов из NREL и других организаций также разрабатывают множество новых фотоэлектрических технологии, такие как солнечные элементы из органических материалов, квантовые точки и гибридные органо-неорганические материалы (также известные как перовскиты).Эти технологии следующего поколения могут предложить более низкие затраты, большая простота изготовления или другие преимущества. Дальнейшие исследования покажут, обещания могут быть реализованы.

Исследования надежности и интеграции сетей

Исследования в области фотоэлектрической энергии — это больше, чем просто создание высокоэффективных и недорогих солнечных элементов. Домовладельцы и предприятия должны быть уверены, что устанавливаемые ими солнечные панели будут не ухудшатся в производительности и продолжат надежно вырабатывать электроэнергию в течение многих лет.Коммунальные предприятия и государственные регулирующие органы хотят знать, как добавить солнечные фотоэлектрические системы в электрическую сеть, не дестабилизируя тщательный баланс между спросом и предложением электроэнергии.

Материаловеды, экономические аналитики, инженеры-электрики и многие другие на NREL работает над решением этих проблем и обеспечением чистой солнечной фотоэлектрической энергии. и надежный источник энергии.


Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о солнечной фотоэлектрической энергии посетите следующие ресурсы:

Основы солнечной фотоэлектрической технологии
U.S. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики

Energy Kids: Solar Photovoltaic
Управление энергетической информации США

Energy Saver: Использование солнечной энергии дома
Министерство энергетики США

Фотоэлектрические исследования в NREL

Солнечные панели CIGS для крыш с ограниченным весом — pv magazine International

U.S. Производитель тонкопленочных модулей Sunflare наращивает производство на своем заводе в Китае. Компания производит четыре различных модуля CIGS.

Эмилиано Беллини

Midsummer, шведский производитель модулей BIPV и поставщик оборудования под ключ для меди, индия, галлия и селена (CIGS), объявил, что он предоставит американскому производителю тонкопленочных материалов Sunflare еще два производственные линии для завода по производству панелей в Нанкине, Китай.

На фабрике уже находятся две машины DUO от Midsummer.«Производственное оборудование Midsummer на сегодняшний день является лучшим для производства этих типов солнечных элементов, и мы стремимся увеличить количество машин DUO на нашем заводе до восьми в 2022 году», — сказал генеральный директор Sunflare Филип Гао.

В настоящее время американская компания производит четыре различных гибких панели на производственном предприятии. Панель Flex 60 доступна в версиях от 165 Вт до 185 Вт с эффективностью от 13,3% до 15%. Безрамные панели на 60 ячеек могут работать с максимальным системным напряжением 1000 В с температурным коэффициентом 0.35% на градус Цельсия и обходной диод на ячейку. Его размеры — 1660 мм x 990 мм x 1,7 мм, а вес — 5 кг. Его напряжение холостого хода составляет 35-4-36,6 В, а ток короткого замыкания — 7,3-7,5 А.

«Подложка из нержавеющей стали толщиной 127 мм обеспечивает большую кривизну», — сказал Sunflare.

Модуль PowerFit 2 имеет выходную мощность 60 Вт и эффективность преобразования мощности 15,0%. Безрамная панель с 20 ячейками имеет размеры 3439 мм x 388 мм x 1,7 мм и вес 1,6 кг. Его напряжение холостого хода 12.0 В и ток короткого замыкания 7,3 А. Он может работать при системном напряжении 1000 В и имеет такой же температурный коэффициент, что и продукт Flex 60.

«С PowerFit не требуется проникновение в крышу», — сказал производитель. «Модули поставляются с бутиловой адгезивной основой — просто снимите кожуру и приклейте, чтобы обеспечить надежную, водонепроницаемую фиксацию, которая может выдержать ураганный ветер».

Панель Litemount 60 имеет те же электрические характеристики и тот же размер, что и продукт Flex 60, но имеет раму из анодированного алюминия черного цвета и немного тяжелее на 7 единиц.1 кг. Sunflare описала модуль как единственную легкую панель, которая легко интегрируется со всеми существующими системами крепления металлической крыши.

Четвертый продукт — безрамочный модуль мощностью 105 Вт с эффективностью преобразования 11,0%. Панель Xplor с 40 ячейками имеет размеры 1202 мм x 828 мм x 1,7 мм и весит 2,9 кг. Его напряжение холостого хода составляет 21,0 В, а ток короткого замыкания — 7,4 А. Он может работать с системным напряжением 1000 В и имеет такой же температурный коэффициент, что и три других продукта.Панель также можно использовать для мобильных приложений.

Все модули якобы на 75% легче обычных кристаллических солнечных панелей и на 95% тоньше. Их выходная мощность гарантирована на уровне 90% от первоначального КПД в течение 10 лет и 80% в течение 25 лет.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected]

Новый «матричный» макет для черепичных солнечных элементов — pv magazine International

Немецкий поставщик оборудования M10 и исследовательский институт Fraunhofer ISE представят новый прототип стрингера для макетов из черепичных модулей на выставке Intersolar Europe в конце этой недели.При использовании смещенной компоновки черепицы этот подход обещает повышение относительной эффективности до 6% по сравнению с обычным модулем с половинными ячейками.

Марк Хатчинс

Обещая более высокую эффективность модулей, эстетичный внешний вид, гибкость с точки зрения формы и размера устройства, а также устраняя пайку и, следовательно, свинец при производстве фотоэлектрических модулей, схемы солнечных модулей из черепицы существуют уже некоторое время. и приобретают коммерческие позиции, особенно на рынках крышных домов и BIPV.

Теперь ученые из немецкого института систем солнечной энергии им. Фраунгофера ISE работали с поставщиком оборудования M10 Industries AG, чтобы продемонстрировать новый тип черепичной конструкции для модулей и ее применимость в промышленных масштабах. Подход, который обе компании назвали «Matrix Shingle Technology» (MST), предусматривает размещение ячеистой черепицы со смещением друг относительно друга, подобно тому, как кладут кирпичи в стену. Создатели утверждают, что этот подход позволяет лучше заполнить всю площадь модуля, что приводит к повышению эффективности и устойчивости к затенению, а также к эстетичному однородному внешнему виду — согласно Fraunhofer ISE, технология матричной черепицы обеспечивает производительность на 2-6% лучше, чем компоновка модулей ячеек с обычным соединением половинных размеров.

В работе, представленной на конференции EU PVSEC в прошлом месяце, группа обнаружила, что ее подход MST также приводит к гораздо большей устойчивости к частичному затемнению, поскольку ток может течь по затемненным областям модуля. Это может сделать модули особенно подходящими для строительства или даже транспортного средства с интегрированной солнечной батареей. «Модули матричной черепицы предназначены для интегрированных приложений, особенно на фасадах зданий», — говорит Ахим Крафт, руководитель группы межкомпонентных соединений и инкапсуляции Fraunhofer ISE.«В частности, при интеграции здания важны максимальное использование площади, устойчивость к затенению и привлекательный внешний вид».

Прямое масштабирование

Доказав потенциал модулей MST в различных приложениях, Fraunhofer ISE работала с поставщиком оборудования M10 Industries, чтобы продемонстрировать, как модули могут производиться в масштабах. «Матричный подход позволил нам реализовать совершенно новую концепцию станка. Наша система имеет гораздо более высокую пропускную способность, чем классические стрингеры для черепицы, и ни в чем не уступает обычным стрингерам по мощности в мегаваттах », — пояснил Филипп Зан, генеральный директор M10 Industries AG.

Прототип, который будет продемонстрирован на выставке Intersolar Europe Restart, которая начнется завтра в Мюнхене, может обрабатывать 12 000 ячеек черепицы в час и может быть интегрирован в обычные модульные линии. Фраунгофер говорит, что на разработку инструмента ушло всего семь месяцев, и что у него есть опытный образец машины, работающий во Фрайбурге и готовый для дальнейших испытаний.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: editors @ pv-magazine.com.

Монокристаллический против. Поликристаллические солнечные панели: что лучше?

При установке системы солнечной энергии для дома или бизнеса выбор между монокристаллическими или поликристаллическими солнечными панелями является важным шагом в процессе планирования. Но как решить, что подходит именно вам?

В этой статье мы разберем сходства и различия между двумя типы солнечных панелей, дополнительные расходы, эстетика, эффективность и многое другое, чтобы помочь вам определить лучший выбор для вашей солнечной установки.

Что такое монокристаллические и поликристаллические солнечные панели?

Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели — два наиболее распространенных типа рецепторы солнечной энергии. Оба работают с использованием фотоэлементов из кремния — того же материала, который используется в микросхемах для электронных гаджетов. Разница между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными элементами заключается в конфигурации кремния:

  • Монокристаллические солнечные панели: Каждый фотоэлектрический элемент состоит из монокристалла кремния.Их иногда называют «моно солнечными панелями».
  • Поликристаллические солнечные панели: Каждый фотоэлектрический элемент состоит из нескольких фрагментов кристаллов кремния, которые сплавлены вместе во время производства. Вы можете увидеть их под названием «мультикристаллические панели» или «поли-панели».

Оба типа солнечных панелей имеют одну и ту же цель: преобразование солнечного света в электричество. Однако кристаллическая кремниевая структура отдельных солнечных элементов влияет на их характеристики и внешний вид.Фактически, вы можете определить тип панели, просто наблюдая за формой и цветом ее солнечных элементов.

Монокристаллические солнечные панели

Монокристаллические солнечные панели характеризуются своими черными фотоэлементами с закругленными краями. У них более высокая эффективность преобразования, чем у поликристаллических панелей, что означает, что они производят больше киловатт-часов электроэнергии. Если хотите установите систему солнечных батарей, но ваше пространство ограничено, монокристаллические панели будут более производительными на квадратный фут.

Пока они самые эффективные солнечные панели, они также самые дорогие, поскольку процесс производства монокристаллических кремниевых элементов более сложен.

Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллические солнечные панели имеют фотоэлементы синего цвета с прямыми краями. Они имеют более низкий КПД по сравнению с монокристаллическими ячейками, что означает, что вам нужно больше панелей для достижения той же выходной мощности. Однако и поликристаллические панели имеют более низкую цену, так как процесс их изготовления проще.

Поликристаллические панели очень прочные, но, как правило, служат немного меньше, чем монокристаллические. Также они больше страдают от высоких температур, что снижает их продуктивность в самые жаркие дни.

Монокристаллический против. Поликристаллические солнечные панели: основные отличия

Теперь, когда вы знаете основы монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей, давайте обсудим, как работает каждый тип технологии солнечных панелей. В следующей таблице приведены наиболее важные различия между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными панелями:

Фактор Монокристаллические солнечные панели Поликристаллические солнечные панели
Силиконовая композиция Один чистый кристалл кремния Многие кремниевые фрагменты слились вместе
Стоимость Более дорогой Дешевле
Внешний вид Панели имеют черный оттенок Панели имеют синий оттенок
КПД Более эффективным Менее эффективны
Срок службы 25-40 лет 20-35 лет
Температурный коэффициент Более низкий температурный коэффициент,
делает их более эффективными в тепле
Более высокий температурный коэффициент,
делает их менее эффективными при нагревании

Стоимость панели солнечных батарей

Силиконовая структура каждой солнечной панели является основным фактором, определяющим стоимость.Чтобы произвести поликристаллические панели, производители должны просто разлить расплавленный кремний в квадратные формы, а затем разрезать полученные пластины на отдельные ячейки. С другой стороны, чтобы производить монокристаллические солнечные элементы, затвердевание кремния необходимо очень тщательно контролировать. Из-за более сложного производственного процесса монопанели дороже.

Вот несколько моментов, о которых следует помнить стоимость солнечных панелей:

  • Монокристаллические солнечные панели имеют более высокую стоимость, если сравнивать только панели.
  • Стоимость инверторов, проводки, электрической защиты, стеллажа и рабочей силы одинакова для обоих типов солнечных панелей.
  • Поскольку монокристаллические панели более эффективны, вы можете получить более высокую прибыль на свои инвестиции.
  • Домовладельцы имеют право на федеральную налоговую скидку на солнечную батарею, независимо от того, выбирают ли они монопанели или полиуретаны.

КПД и температурный коэффициент

Как было сказано выше, монокристаллические солнечные панели имеют более высокий КПД.Однако это не означает, что поликристаллические солнечные панели являются неполноценным продуктом — вы можете найти качественные солнечные панели обоих типов. Вот еще несколько фактов об эффективности:

  • Когда солнечная панель имеет более высокий КПД, она преобразует больший процент солнечного света в электричество.
  • По состоянию на 2021 год поликристаллические панели имеют типичный КПД ниже 20%, в то время как лучшие монокристаллические панели приближаются к 23%.
  • Вам потребуется больше поликристаллических панелей для достижения определенной мощности в киловатт-часах в месяц, поскольку их эффективность ниже.
  • Все солнечные панели временно теряют эффективность при повышении температуры, но монокристаллические солнечные элементы меньше подвержены влиянию тепла.

Температурный коэффициент показывает, насколько солнечные панели подвержены влиянию температуры. Все солнечные панели проходят заводские испытания в одних и тех же Стандартных условиях испытаний (STC) для обеспечения справедливого сравнения.

Как правило, поликристаллические солнечные панели имеют более высокие температурные коэффициенты, что означает, что они теряют больше производительности при нагревании.Однако по мере совершенствования технологий в настоящее время появляются солнечные панели обоих типов с одинаково низкими температурными коэффициентами.

Эффективность солнечной панели не является критическим фактором, когда у вас много свободного места. Поскольку поликристаллические панели имеют более низкую цену, установка большего количества, чтобы компенсировать более низкую эффективность, не является проблемой. Однако, когда у вас ограниченное пространство, установка дополнительных панелей не является вариантом, поэтому монокристаллические панели максимизируют производство электроэнергии на доступной площади.

Внешний вид и срок службы

Внешний вид солнечных элементов также является результатом их кремниевой структуры, поскольку она определяет, как они взаимодействуют с солнечным светом и как они воспринимаются человеческим зрением. Монокристаллическая структура монокристаллических ячеек придает им черный цвет, а поликристаллические ячейки — синий.

Оба типа солнечных панелей имеют длительный срок службы, а срок их окупаемости во многих случаях составляет менее пяти лет. Производители солнечных батарей обычно предлагают 25-летнюю гарантию производства электроэнергии, но некоторые бренды теперь имеют 30-летнюю гарантию.

Монокристаллические или поликристаллические солнечные панели лучше всего подходят для вас?

Каждый тип солнечная панель имеет преимущества и недостатки, и вы можете получить отличную окупаемость с помощью обоих. Однако, чтобы облегчить ваш выбор, при выборе лучших солнечных панелей для вашего дома учитывайте следующие факторы:

Хотите солнечные батареи определенного цвета? Имейте в виду, что монокристаллические панели — черные, а поликристаллические — синие.Если вы предпочитаете одно другому, вы можете купить солнечные панели на свой вкус.

Сколько у вас места для солнечных батарей? Точные размеры домашних солнечных панелей зависят от их марки и производителя. Типичные размеры 65 дюймов на 39 дюймов, что эквивалентно 17,6 квадратных футов на панель, но монокристаллические панели предлагают больше ватт на квадратный фут. Вот упрощенный пример того, как вы можете установить больше киловатт в заданной области, используя монокристаллические панели:

  • Вы можете обнаружить, что поликристаллическая панель дает 300 Вт, тогда как монокристаллическая панель такого же размера дает 350 Вт.
  • Если у вас есть место для 20 из них, вы получите 7 кВт с монокристаллическими панелями, но только 6 кВт с поликристаллическими панелями.

Как выглядит ваш бюджет и варианты финансирования? Поликристаллические солнечные панели более доступны, но монокристаллические более производительны. Если у вас есть доступ к солнечной ссуде с выгодными процентными ставками, вы можете профинансировать солнечную установку и выплатить ссуду деньгами, сэкономленными на счетах за коммунальные услуги.В этом случае дополнительная стоимость монокристаллических панелей не является проблемой.

Кроме того, не забудьте сравнить несколько солнечных цитат. Монокристаллические солнечные панели дороже по отдельности, но вы также должны учитывать другие компоненты системы и затраты на установку. Могут быть случаи, когда полная установка монокристаллических панелей на самом деле дешевле, даже если одна панель стоит дороже.

Чтобы начать сравнивать затраты, вы можете получить бесплатное предложение с расценками на ведущая компания по установке солнечных батарей в вашем районе, заполнив 30-секундную форму ниже.

Другие типы солнечных панелей


Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели являются наиболее распространенными, но это не единственные доступные типы. Вы также найдете тонкопленочные солнечные панели, которые имеют совершенно другой производственный процесс:

  • Вместо кристаллических солнечных элементов они используют фотоэлектрический материал, который наносится тонкими слоями.
  • Существует множество подтипов тонкопленочных солнечных панелей в зависимости от их фотоэлектрического материала.Наиболее распространены теллурид кадмия (CdTe), диселенид меди, галлия, индия (CIGS) и аморфный кремний.
  • Поскольку тонкопленочные солнечные панели не делятся на элементы, они имеют однородную поверхность без разделений.
  • В большинстве гибких солнечных панелей используются тонкопленочные солнечные элементы.

Основным недостатком тонкопленочных солнечных панелей является то, что они намного менее эффективны, чем поликристаллические или монокристаллические панели. Это означает, что вы должны покрыть большую площадь тонкопленочными солнечными панелями, чтобы достичь определенного уровня выработки киловатт-часов.

FAQ: Монокристаллический против. Поликристаллические солнечные панели

Какой тип солнечной панели лучше: монокристаллический или поликристаллический?

И монокристаллические, и поликристаллические солнечные панели имеют определенные плюсы и минусы, а это означает, что лучший выбор для вас будет зависеть от вашего конкретного проекта. Монокристаллические панели рекомендуются, когда пространство ограничено и вы готовы вложить больше средств для достижения максимальной эффективности. С другой стороны, поликристаллические солнечные панели рекомендуются, когда вы хотите сократить первоначальные затраты, а пространство не является ограничением.

Монокристалл дороже поликристалла?

Если сравнивать цены на отдельные солнечные панели, то монокристаллические изделия дороже. Однако, сравнивая расценки на завершенные солнечные системы, вы можете обнаружить схожие затраты на киловатт для обеих технологий. Это связано с тем, что из-за их высокой эффективности вам нужно будет покупать меньше монопанелей в целом.

В чем разница между поликристаллическими и монокристаллическими солнечными панелями?

Поликристаллические солнечные панели имеют синие элементы, состоящие из нескольких кристаллов кремния, и они менее эффективны, но более доступны.Монокристаллические панели имеют черные ячейки из монокристаллов, и они предлагают более высокую эффективность по более высокой цене.

Какая разница в цене между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными панелями?

Эта разница в цене между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными панелями варьируется в зависимости от конкретных сравниваемых моделей солнечных панелей. Однако в целом разница в цене сопоставима с разницей в эффективности — монокристаллические панели примерно на 20% эффективнее, но они также стоят примерно на 20% дороже.

Рекомендуется сравнить расценки на полные солнечные энергетические системы, поскольку они включают все остальные компоненты системы и их стоимость установки.

Леонардо Дэвид инженер-электромеханик, MBA, консультант по вопросам энергетики и технический писатель . Его опыт консультирования по вопросам энергоэффективности и солнечной энергии охватывает такие сектора, как банковское дело, текстильное производство, переработка пластмасс, фармацевтика, образование, пищевая промышленность, фаст-фуд, недвижимость и розничная торговля.

Добавить комментарий