Сравнение солнечных батарей и будущее солнечных технологий

солнечные батареи

Итак, вы решили подключиться к движению зеленой энергии, установив солнечные батареи в своем доме. Вы уже немного разузнали о покупке, посчитали, сколько денег сможете сэкономить в течение следующих нескольких лет, используя всю эту бесплатную энергию из неба. Теперь давайте сравним различные типы солнечных технологий.

Как сравнить параметры солнечных батарей

Если вы искали в Интернете, то, вероятно, знаете, что на рынке есть много различных типов солнечных панелей, и еще куча находится на переднем крае фотоэлектрических исследований. Итак, какие именно варианты доступны для домашнего потребителя? Как работают различные типы солнечных батарей? Что лучше монокристаллические или поликристаллические?

А самое главное, какие солнечные панели лучше для нас?

Солнечная батарея состоят из коллекций отдельных солнечных элементов, и эти элементы в свою очередь могут быть изготовлены из самых разных материалов. Общая эффективность ваших панелей будет зависеть от того, из чего они состоят, поэтому стоит немного изучить тему, чтобы знать, что вы получаете.

Солнечные батареи из кристаллического кремния

Подавляющее большинство солнечных фотоэлектрических панелей, доступных на рынке прямо сейчас, основаны на химии кремния. Кремний является «металлоидным» химическим элементом, который действует как полупроводник, за что становится очень ценным материалом для электроники всех видов. Это ключевой компонент в интегральных микросхемах, которые делают возможными мобильные телефоны и ноутбуки. Есть и другие материалы, которые могут действовать аналогичным образом, но кремний является основным, потому что с ним легко работать. Его также очень много: до 90% земной коры состоит из минералов, которые содержат кремний в той или иной форме. Кажется, что в ближайшее будущее дефицит не ожидается, ибо мы десятилетиями используем его в электронике и вычислительной технике, и у нас есть возможность производить чистые кристаллы кремния в больших масштабах, что точно потребуется, если мы говорим о производстве миллионов солнечных панелей.

Монокристаллические и политикристаллические солнечные элементы(Монокристаллические (вверху) и политикристаллические (внизу) солнечные элементы)

Кремний использовался в технологии солнечных батарей с середины прошлого века, потому что это был один из первых материалов, в котором был измерен фотоэлектрический эффект. При воздействии солнечного света электроны в кремнии могут возбуждаться и двигаться таким образом, что их можно использовать в качестве источника электрической энергии. Хитрость заключалась в том, чтобы выяснить, как заставить его работать так, как мы могли бы его использовать, а сложная структура современного солнечного элемента заключается в том, как мы направляем электроны для создания тока из солнечного света. Сколько электронов возбуждается и насколько хорошо эти электроны движутся, зависит от чистоты кристаллической структуры кремния. Это, в свою очередь, может определять эффективность различных типов солнечных элементов на основе кремния.

1. Монокристаллические кремниевые солнечные батареи

Монокристаллические кремниевые солнечные панели (также называемые моно-Si) изготовлены из самой чистой формы кристаллического кремния. Чистый в данном конкретном случае относится к структуре кристаллов, а не к количеству примесей. Фактически, примеси вводятся специально. Это называется «легирование» кремния. Это сделано потому, что без нескольких атомов разных элементов в слое кремния (обычно бора и фосфора) не может быть никакого полезного потока электронов. Нет потока электронов, нет электричества, а вместо солнечного элемента у вас есть тонкий бесполезный кирпич.

В монокристаллической ячейке кристалл настолько плотно упакован и однороден, насколько это возможно. Это означает, что в целом имеется место для большего количества атомов кремния, которые способствуют повышению эффективности солнечного элемента по площади, поскольку в элементе больше частиц, реагирующих на солнечный свет. В среднем, монокристалические кремниевые солнечные элементы имеют КПД около 25%. Это может звучать не очень хорошо, но это один из лучших показателей эффективности солнечных батарей.

Монокристаллические кремниевые солнечные элементы в настоящее время занимают около 30% мирового рынка.

К сожалению, процесс изготовления монокристаллических ячеек дорог и сложен, а также приводит к значительному количеству отработанного кремния. Элементы изготавливаются в виде больших цилиндров, края которых нужно обрезать, чтобы сделать их квадратными, прежде чем они будут разрезаны на тонкие пластины для использования в солнечных панелях. Эти отходы и высокая стоимость производства означают, что, хотя они являются технически наиболее эффективным типом элементов на основе кремния, это не обязательно делает их лучшим выбором, когда стоимость является ключевым фактором.

2. Поликристаллические солнечные панели

Поликристаллические солнечные батареи (также называемые мульти-Si) по-прежнему полностью сделаны из кремния. Основное различие между ними и моно-Si ячейками заключается в размере и ориентации кристаллов. Вместо полностью однородной структуры, поликристаллические элементы, как следует из их названия, состоят из множества более мелких кристаллов в разных ориентациях. Они по-прежнему хорошо собирают солнечный свет, а их эффективность не сильно отстает от монокристаллических солнечных элементов: мульти-Si ячейки в среднем имеют КПД около 20%.

Поликристаллический кремний

( Поликристаллический кремний )

Изготовление поликристаллических элементов является менее дорогостоящим процессом с меньшим количеством отходов, поэтому солнечные панели, в которых используются поли-Si элементы, как правило, более доступны. По этим причинам панели с поликристаллическим кремнием составляют чуть более половины мирового рынка солнечных элементов.

Тонкопленочные солнечные батареи

Существует много различных типов тонкопленочных солнечных элементов (TFSC), но все они функционируют по одному и тому же принципу: тонкая пленка фотоэлектрического материала наносится на подложку, такую как стекло, металл или пластик. Сама пленка намного тоньше кремниевых пластин, иногда толщиной всего несколько микрометров. Из-за тонкости TFSC могут быть очень легкими и гибкими. Это дает им применение в строительной технике, где полупрозрачная фотоэлектрическая пленка может быть нанесена на окна.

Тонкопленочный солнечный элемент

Когда тонкая пленка используется для изготовления солнечных панелей, это совсем другая история. Солнечные батареи на основе тонкопленочной технологии оказываются тяжелее, чем их кремниевые собратья, потому что активный слой PV зажат между двумя слоями стекла.

Теллурид кадмия и селенид меди-индия-галлия являются наиболее часто используемым материалом для TFSC со средней эффективностью около 15-20%. Их производство требует использования некоторых редких элементов, из-за чего сохранилась достаточно высокая стоимость на продукцию. Некоторые потребители также выражают обеспокоенность по поводу токсичности кадмия, тяжелого металла, который может вызвать отравление, если он попадет в воду.

Перспективные новые технологии солнечных батарей

Исследования в области солнечных технологий продолжаются, и за углом появилось несколько многообещающих новых типов тонкопленочных солнечных элементов.

1. Органические солнечные батареи

Многие современные рабочие центры используют органические красители, чтобы собирать солнечный свет и использовать его в качестве энергии. При правильном применении технологию можно задействовать в почти прозрачных окнах, превращая высокие офисные здания в крупных производителей солнечной энергии. Органические материалы, используемые в ячейках этого типа, могут быть получены и обработаны довольно дешево, и их можно химически настроить, чтобы максимизировать поглощение на определенных длинах волн. Это означает, что теоретически они могут поглощать намного больше солнечного света, чем эквивалентное количество материала кремниевых солнечных элементов. К сожалению, их эффективность остается низкой, поэтому они пока не вполне разумная альтернатива.

2. Перовскитные солнечные батареи

Перовскитовые солнечные элементы сделаны из гибридного органического / неорганического олова или галогенида свинца, и являются очень многообещающим кандидатом на будущее солнечной энергетики. Они находятся на переднем крае исследований, и всего за шесть лет исследователи смогли повысить свою эффективность с 4% в 2009 году до впечатляющих 22% в 2016 году. Этот КПД эквивалентен эффективности лучшим солнечным элементам на сегодняшний день. На эту технологию возлагаются большие надежды, и уже скоро несколько стартапов обещают запустить производство и поставлять солнечные элементы на основе перовскита потребителям.

Первокситный солнечный элемент

К сожалению, нет идеального материала, а значит и у перовскитных ячеек есть недостатки: они имеют тенденцию терять эффективность со временем во влажной среде. Органические молекулы, из которых состоит пленка, разлагаются под воздействием влаги, поэтому сама пленка не имеет большой продолжительности жизни. Проводится работа по инкапсуляции перовскита в защитных слоях полимеров и углеродных нанотрубок, чтобы полностью изолировать его от воздуха. Хотя это, кажется, хорошо работает в лабораторных условиях, в реальном мире не проводились долгосрочные исследования этих клеток, потому что они еще слишком новые.

Так что, если сравнивать солнечные панели, какие нам подходят?

На самом деле, вы, вероятно, в конечном итоге получите какую-то кремниевую панель, потому что экономика в настоящее время имеет больше смысла. Несмотря на то, что тонкопленочные панели дешевле, их низкая эффективность означает, что вам их потребуется больше, чем кремниевых панелей, для получения такого же количества энергии. Поэтому, если вы планируете стандартную систему солнечных батарей для частного дома на крыше и не хотите интегрировать тонкие гибкие солнечные элементы в структуру самой кровли, вы будете работать с кремнием.

Новостная рассылка

Следите за нашими непревзойденными продуками и технологиями.
Введите ваш e-mail и подпишитесь на нашу новостную рассылку.

Вам нужна консультация?

Оставьте заявку, и мы свяжемся с вами в ближайшее время