Какие солнечные батареи лучше: монокристалл или поликристалл

Содержание:

Поликристаллический против монокристаллического

Кристалл — это кристалл, состоящий из кристалла или напоминающий кристалл. Кристаллические твердые тела или кристаллы имеют упорядоченную структуру и симметрию. Атомы, молекулы или ионы в кристаллах расположены определенным образом и, следовательно, имеют дальний порядок. В кристаллических твердых телах есть регулярный повторяющийся узор; таким образом, мы можем идентифицировать повторяющийся блок. По определению, «кристалл — это однородное химическое соединение с регулярным и периодическим расположением атомов. Примеры: галит, соль (NaCl) и кварц (SiO₂). Однако кристаллы не ограничиваются минералами: они содержат большинство твердых веществ, таких как сахар, целлюлоза, металлы, кости и даже ДНК ». Кристаллы встречаются в природе в виде крупных кристаллических пород, таких как кварц, гранит. Кристаллы тоже образуются живыми организмами. Например, кальцит производят моллюски. Есть кристаллы на водной основе в виде снега, льда или ледников. Кристаллы можно разделить на категории по их физическим и химическим свойствам. Это ковалентные кристаллы (например, алмаз), металлические кристаллы (например, пирит), ионные кристаллы (например, хлорид натрия) и молекулярные кристаллы (например, сахар). Кристаллы могут иметь разную форму и цвет. Кристаллы обладают эстетической ценностью и, как считается, обладают лечебными свойствами; Таким образом, люди используют их для изготовления украшений.

Поликристаллический

В природе в большинстве случаев кажется, что кристаллы нарушили свой дальний порядок. Поликристаллы — это твердые тела, состоящие из множества мелких кристаллов. Они расположены в разной ориентации и ограничены сильно дефектными границами. Кристаллы в поликристаллическом твердом теле имеют микроскопические размеры и известны как кристаллиты. Они также известны как зерна. Есть твердые тела, которые состоят из монокристалла, такие как драгоценные камни и монокристаллы кремния, но в природе они встречаются очень редко. В большинстве случаев твердые вещества поликристаллические. В такой структуре некоторое количество монокристаллов удерживается вместе слоем аморфных твердых тел. Аморфное твердое тело — это твердое тело, не имеющее кристаллической структуры. То есть он не имеет упорядоченного расположения атомов, молекул или ионов внутри структуры. Следовательно, в поликристаллической структуре дальний порядок нарушен. Например, все металлы и керамика поликристаллические. В них порядок и ориентация очень случайны. Его можно определить по способу роста поликристаллического твердого вещества или по условиям обработки.

Монокристаллический

Слово «моно» означает один. Итак, слово монокристаллический означает монокристалл. Монокристаллические твердые тела состоят из монокристаллической решетки и, следовательно, имеют дальний порядок. Так что границ зерен нет. Эта однородность придает им уникальные механические, оптические и электрические свойства. Монокристаллы кремния используются в полупроводниках. Поскольку монокристаллические твердые тела обладают более высокой электропроводностью, они используются в высокопроизводительных электрических устройствах. Кроме того, их прочность очень высока, поэтому они используются для производства высокопрочных материалов.

Обзор бескремниевых устройств

Некоторые солнечные панели, изготовленные с применением редких и дорогостоящих металлов, имеют КПД более 30%. Они в разы дороже своих кремниевых аналогов, но всё-таки заняли высокотехнологичную торговую нишу, благодаря своим особенным характеристикам.

Солнечные панели из редких металлов

Существует несколько типов солнечных панелей из редких металлов, и не все они имеют КПД выше, чем у монокристаллических кремниевых модулей. Однако способность работать в экстремальных условиях позволяет производителям таких солнечных панелей выпускать конкурентоспособную продукцию и проводить дальнейшие исследования.

Панели из теллурида кадмия активно используются при облицовке зданий в экваториальных и аравийских странах, где их поверхность нагревается днем до 70-80 градусов

Основными сплавами, применяемыми для изготовления фотоэлектрических элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS). Кадмий – токсический металл, а индий, галлий и теллур являются довольно редкими и дорогостоящими, поэтому массовое производство солнечных панелей на их основе даже теоретически невозможно.

КПД таких панелей находится на уровне 25-35%, хотя в исключительных случаях может доходить до 40%. Ранее их применяли в основном в космической отрасли, а сейчас появилось новое перспективное направление.

Из-за стабильной работы фотоэлементов из редких металлов при температурах 130-150°C их используют в солнечных тепловых электростанциях. При этом лучи солнца от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно генерирует электроэнергию и обеспечивает передачу тепловой энергии водяному теплообменнику.

В результате нагрева воды образуется пар, который заставляет вращаться турбину и генерировать электроэнергию. Таким образом солнечная энергия преобразуется в электрическую одновременно двумя путями с максимальной эффективностью.

Полимерные и органические аналоги

Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать только в последнем десятилетии, но исследователи уже добились значительных успехов. Наибольший прогресс демонстрирует европейская компания Heliatek, которая уже оснастила органическими солнечными панелями несколько высотных зданий. Толщина её рулонной пленочной конструкции типа HeliaFilm составляет всего 1 мм.

При производстве полимерных панелей используются такие вещества, как углеродные фуллерены, фталоцианин меди, полифенилен и другие. КПД таких фотоэлементов уже достигает 14-15%, а стоимость производства в разы меньше, чем кристаллических солнечных панелей.

Остро стоит вопрос срока деградации органического рабочего слоя. Пока что достоверно подтвердить уровень его КПД через несколько лет эксплуатации не представляется возможным.

Преимуществами органических солнечных панелей являются:

• возможность экологически безопасной утилизации;
• дешевизна производства;
• гибкая конструкция.

К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно низкий КПД и отсутствие достоверной информации о сроках стабильной работы панелей. Возможно, что через 5-10 лет все минусы органических солнечных фотоэлементов исчезнут, и они станут серьезными конкурентами для кремниевых пластин.

Поликристаллический против монокристаллического кремния

Сравнение поликристаллических (слева) и монокристаллических (справа) солнечных элементов

В монокристаллическом кремнии, также известном как монокристаллический кремний , кристаллический каркас однороден, что можно распознать по ровной внешней окраске. Весь образец представляет собой единый сплошной и непрерывный кристалл, поскольку его структура не содержит границ зерен . Крупные монокристаллы редко встречаются в природе, и их также трудно получить в лаборатории (см. Также перекристаллизацию ). Напротив, в аморфной структуре порядок в положениях атомов ограничен коротким интервалом.

Поликристаллические и паракристаллические фазы состоят из ряда более мелких кристаллов или кристаллитов . Поликристаллический кремний (или полукристаллический кремний, поликремний, поли-Si или просто «поли») представляет собой материал, состоящий из множества мелких кристаллов кремния. Поликристаллические ячейки можно распознать по видимой зернистости, «эффект металлической чешуи». Поликристаллический кремний полупроводникового качества (также солнечного качества) преобразуется в монокристаллический кремний — это означает, что случайно связанные кристаллиты кремния в поликристаллическом кремнии преобразуются в большой монокристалл . Монокристаллический кремний используется для изготовления большинства микроэлектронных устройств на основе Si . Поликристаллический кремний может иметь чистоту 99,9999%. Сверхчистый поли используется в полупроводниковой промышленности, начиная с стержней длиной от двух до трех метров. В микроэлектронной промышленности (полупроводниковая промышленность) поли используется как на макромасштабном, так и на микромасштабном (компонентном) уровне. Монокристаллы выращивают методами Чохральского , зонной плавки и Бриджмена .

Монокристаллические солнечные батареи

За последние годы, в соответствии с данными EPIA (European Photovoltaic Industry Association – союз производителей устройств для выработки энергии фотоэлементами) в общем числе произведенных солнечных батарей 52,9% – поликристаллические, 33,2% – монокристаллические, остальные – либо аморфные, либо с иным типом кремниевых элементов. Таким образом, по объему производства пока доминируют солнечные батареи на поликристаллах. Хорошо ли это, и столь уж необходимо ратовать за более быстрые темпы внедрения именно монокристаллических панелей?

Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим конструктивные особенности последних.

Материалы, функционирование и показатели эффективности

Монокристаллические солнечные батареи представляют собой панель, собранную из нескольких отдельных силиконовых фотомодулей (обычно их не меньше десяти). Эти элементы монтируются в прочный корпус, который обеспечивает соответствующую защиту фотомодулей, как от пыли, так и от атмосферных осадков.

Внешний вид монокристаллического фотомодуля представлен на рис. 1, а самой батареи – на рис.2.

В чём преимущества подобной компоновки?

1. Такая панельная конструкция допускает устойчивую эксплуатацию солнечных батарей при самых различных условиях: на суше, и на море, в горной, либо равнинной местности и т.д.
2. Монокристаллические солнечные батареи комплектуются из отдельных модулей с применением кремния сверхвысокой чистоты. После «выращивания» монокристалла, который получается методом вытяжки из жидкого кремнийсодержащего расплава, он разрезается на части толщиной, не превышающей 0,4 мм. Далее следует обработка этих кристаллов с целью придания им формы, которая требуется для встраивания в фотоэлектрическую панель.
3. Наличие единой фотоэлектрической панели резко увеличивает коэффициент полезного действия монокристаллических батарей, который достигает 22% (панели, используемые в космических технологических решениях, имеют ещё более высокий КПД – до 38%, но практическое применение космических технологий в практику сдерживается высокой себестоимостью производства). Для сравнения – поликристаллические панели имеют КПД не выше 17…18%.

В чём причина высокой эффективности монокристаллических солнечных батарей?

Поликристаллические панели проигрывают монокристаллическим благодаря тому, что при их производстве применяется не только первичный, более «чистый» кремний, но также и его отходы, извлекаемые при утилизации отработанных солнечных батарей. Кроме того, недостаток поликристаллического кремния заключается в том, что, у него существуют зоны зернистых границ (см. рис. 3), на которых фотоэлектрическое преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию происходит значительно хуже.

Таким образом, при одинаковой заявленной мощности габаритные размеры монокристаллических солнечных батарей будет меньше, чем поликристаллических.

Почему же производство поликристаллических панелей по-прежнему происходит в значительных масштабах?

Всё пока определяется стоимостью таких панелей, ибо монокристаллические солнечные батареи нуждаются в значительно более высококачественном кремнии. Хотя, если пересчитать на удельную мощность (соотношение цены панели к вырабатываемой ею солнечной энергии), то монокристаллические панели проигрывают поликристаллическим не более 10%. Поэтому, с усовершенствованием технологии получения высокочистых монокристаллов кремния, перспективность использования именно монокристаллических солнечных батарей станет очевидной.

Ведущие производители монокристаллических солнечных батарей

Наибольшими показателями надёжности и эффективности обладают изделия, производимые следующими фирмами:

• Elkem A/S Silicon Metal Division (Норвегия);
• Sdad Espanola de Carburos Metalicos SA (Испания);
• Eckart GmbH and Co (Германия);
• Globe Metallurgical (США);
• Dow Chemical Corporation (Южная Корея).

На отечественном рынке имеются также панели, реализуемые компанией

• “Солнечный ветер” (Краснодар), с монокремнием от Nitol Solar (Россия) и с комплектующими из Германии;
• Хевел ( Новочебоксарск);

Технические характеристики одной из лучших монокристаллических панелей SolGen 200 Вт/24 В (США) составляют:

• номинальная мощность 200 Вт;
• габаритные размеры (длина*ширина*высота) 1580*808*35 мм;
• диапазон температурной эксплуатации от -50°C до +90°C;
• гарантийный срок службы панелей не менее 30 лет;
• предоставляется 5-летняя гарантия на всю систему.

Как выбрать солнечные панели?

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус. Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов.

Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели. Но и это не всё. Каждая солнечная батарея – это четырехслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-пленка, солнечный элемент, герметизирующая пленка. И вот тут каждый этап крайне важен. Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам, в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте, элемент будет греться и быстрее выйдет из строя. Ну и финишная пленка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей, очень быстро на элементы попадет влага, начнется коррозия и панель также выйдет из строя.

Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны – это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику. А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства.

Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний. Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам.

Для уверенного выбора обратитесь к специалисту, который поможет вам подобрать вариант для конкретно вашей ситуации.

Если ваше пространство не велико, а нужно максимум энергии, в этом случае ищите монокристаллические панели с наибольшей мощностью. Если ограничен ваш бюджет, а установка планируется наземная, то заранее продумайте все возможности.

Обратите внимание: выбор между поликристаллическими и монокристаллическими батареями мощностью в 250 Вт не существенен, так что берите те, у которых ниже стоимость или решайте по другим факторам. Установка солнечного коллектора имеет огромный плюс в практическом аспекте. Такая инвестиция будет служить вам долгое время и снижать ваши траты на оплату электроэнергии

Батареи служат источниками постоянной подачи энергии, а ресурсы для них бесконечны

Такая инвестиция будет служить вам долгое время и снижать ваши траты на оплату электроэнергии. Батареи служат источниками постоянной подачи энергии, а ресурсы для них бесконечны

Установка солнечного коллектора имеет огромный плюс в практическом аспекте. Такая инвестиция будет служить вам долгое время и снижать ваши траты на оплату электроэнергии. Батареи служат источниками постоянной подачи энергии, а ресурсы для них бесконечны.

Тонкости, важные для выбора

Чтобы оборудование оказалось максимально эффективным, рекомендуют определиться со следующими вопросами:

• Формат использования. Он определяет финансовую сторону. Одно дело – портативная панель, которую можно повесить на окно или взять в поездку, совсем другое – полноценная система, для установки на крышу дома. Стоимость последней зависит от страны-производителя и мощности.
• Характеристики. Чтобы выбрать модель нужного типа и мощности, полезно обратиться к специалистам, но здесь все также упирается в способ использования. Для зарядки фонарика хватит панели мощностью в 3-4 Вт, для дачного холодильника понадобится система до 100 Вт.
• Расположение. Для монтажа солнечных панелей выбирают поверхность, ориентированную на юг, без затененных участков. Угол наклона выбирают равным широте местности и корректируют в зависимости от времени года: летом увеличивают на 6°, зимой на столько же уменьшают

Поликристаллы и применение солнечных батарей

Монокристаллические пластины усовершенствованы и превосходят поликристаллы. Из-за гибкого строения их можно размещать на кровле дома или беседки.

Поликристаллические элементы хороши для уличной станции, так как их устанавливают только на ровную поверхность, для них необходимо присмотреть отдельное место на садовом участке. При размещении в беседке не допускается застекление панелей, так как от этого происходит снижение КПД. Коэффициент полезного действия у серийно выпускающихся панелей составляет примерно 18%, что ниже монокристаллических. Поликристаллические пластины несут потери КПД в основном из-за неоднородности поверхности.

Гибкую монокристаллическую пластину удобно

Сравнение монокристаллических и

Итак, какая солнечная батарея лучше — монокристаллическая или поликристаллическая? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно сначала разобраться, а чем же они отличаются?

На фото ниже представлены два основных типа:

Первое, что бросается в глаза, это внешний вид. У монокристаллических элементов углы скругленные и поверхность однородная. Скругленные углы связаны с тем, что при производстве монокристаллического кремния получают цилиндрические заготовки. Однородность цвета и структуры монокристаллических элементов связана с тем, что это один выращенный кристалл кремния, а кристаллическая структура является однородной.

В свою очередь, поликристаллические элементы имеют квадратную форму из-за того, что при производстве получают прямоугольные заготовки. Неоднородность цвета и структуры поликристаллических элементов связана с тем, что они состоят из большого количества разнородных кристаллов кремния, а также включают в себя незначительное количество примесей.

Второе и наверное главное отличие — это эффективность преобразования солнечной энергии.Монокристаллические элементы и соответственно панели на их основе имеют на сегодняшний день наивысшую эффективность — до 22% среди серийно выпускаемых и до 38% у используемых в космической отрасли. Монокристаллический кремний производится из сырья высокой степени очистки (99,999%).

Серийно выпускаемые поликристаллические элементы имеют эффективность до 18%. Более низкая эффективность связана с тем, что при производстве поликристаллического кремния используют не только первичный кремний высокой степени очистки, но и вторичное сырье (например, переработанные солнечные панели или кремниевые отходы металлургической промышленности). Это приводит к появлению различных дефектов в поликристаллических элементах, таких как границы кристаллов, микродефекты, примеси углерода и кислорода.

Эффективность элементов в конечном счете отвечает за физический размер солнечных панелей. Чем выше эффективность, тем меньше будет площадь панели при одинаковой мощности.

Третье отличие — это цена солнечной батареи. Естественно, цена батареи из монокристаллических элементов немного выше в расчете на единицу мощности. Это связано с более дорогим процессом производства и применением кремния высокой степени очистки. Однако это различие незначительно и составляет в среднем около 10%.

Итак, перечислим основные отличия монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей:

Внешний вид. Эффективность. Цена.

Как видно из этого перечня, для солнечной электростанции не имеет ни какого значения, какая солнечная панель будет использоваться в ее составе. Главные параметры — напряжение и мощность солнечной панели не зависят от типа применяемых элементов и зачастую можно найти в продаже панели обоих типов одинаковой мощности. Так что окончательный выбор остается за покупателем. И если его не смущает неоднородный цвет элементов и немного большая площадь, то вероятно он выберет более дешевые поликристаллические солнечные панели. Если же эти параметры имеют для него значение, то очевидным выбором будет немного более дорогая монокристаллическая солнечная панель.

В заключении хочется отметить, что по данным Европейской ассоциации EPIA в 2010 году производство солнечных батарей по типу применяемого в них кремния распределилось следующим образом:

1. поликристаллические — 52,9%

2. монокристаллические — 33,2%

3. аморфные и пр. — 13,9%

Т. е. поликристаллические солнечные батареи по объему производства занимают лидирующие позиции в мире.

Как выбрать солнечные панели?

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус. Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов.

Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели. Но и это не всё. Каждая солнечная батарея – это четырехслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-пленка, солнечный элемент, герметизирующая пленка. И вот тут каждый этап крайне важен. Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам, в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте, элемент будет греться и быстрее выйдет из строя. Ну и финишная пленка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей, очень быстро на элементы попадет влага, начнется коррозия и панель также выйдет из строя.

Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны – это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику. А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства.

Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний. Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам.

Для уверенного выбора обратитесь к специалисту, который поможет вам подобрать вариант для конкретно вашей ситуации.

Если ваше пространство не велико, а нужно максимум энергии, в этом случае ищите монокристаллические панели с наибольшей мощностью. Если ограничен ваш бюджет, а установка планируется наземная, то заранее продумайте все возможности.

Обратите внимание: выбор между поликристаллическими и монокристаллическими батареями мощностью в 250 Вт не существенен, так что берите те, у которых ниже стоимость или решайте по другим факторам. Установка солнечного коллектора имеет огромный плюс в практическом аспекте. Такая инвестиция будет служить вам долгое время и снижать ваши траты на оплату электроэнергии

Батареи служат источниками постоянной подачи энергии, а ресурсы для них бесконечны

Такая инвестиция будет служить вам долгое время и снижать ваши траты на оплату электроэнергии. Батареи служат источниками постоянной подачи энергии, а ресурсы для них бесконечны

Установка солнечного коллектора имеет огромный плюс в практическом аспекте. Такая инвестиция будет служить вам долгое время и снижать ваши траты на оплату электроэнергии. Батареи служат источниками постоянной подачи энергии, а ресурсы для них бесконечны.

Заключение

Учитывая тот факт, что использование солнечных панелей, питающихся от энергии Солнца в нашей стране на бытовом уровне еще не стало привычным делом, то, чтобы выбрать лучшую солнечную батарею нужно знать перечень наиболее важных параметров

Задаваясь вопросом солнечные батареи какие лучше, вот на что стоит обратить особое внимание: производитель, область использования, напряжение, качество фотоэлектрических элементов, мощность, срок службы, дополнительные параметры. Так, изучив все достоинства и недостатки солнечных энергосистем, вы сможете найти оптимальный вариант для нужного вам назначения

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине