Какие лучше: монокристаллические или поликристаллические солнечные панели

Содержание

В ключевое отличие между монокристаллическими и поликристаллическими солнечными панелями заключается в том, что Монокристаллические солнечные панели имеют черный цвет и более эффективны и долговечны, тогда как поликристаллические солнечные панели имеют синий цвет и менее эффективны и менее долговечны.

Производители используют кремний при изготовлении солнечных панелей. Следовательно, основным компонентом солнечного элемента является кремний. Однако чистый кристаллический кремний плохо проводит электричество. Мы рассматриваем его как полупроводниковый материал. Но при создании солнечных элементов в солнечных батареях мы намеренно смешиваем кремний с некоторыми другими компонентами, чтобы увеличить проводимость. Эти компоненты увеличивают способность кремния увеличивать способность улавливать солнечную энергию и преобразовывать ее в электричество. Есть две основные формы кристаллических солнечных панелей; а именно монокристаллические и поликристаллические солнечные батареи. Среди этих двух форм монокристаллические солнечные панели более эффективны по сравнению с поликристаллическими солнечными панелями.

1. Обзор и основные отличия 2. Что такое монокристаллические солнечные панели 3. Что такое поликристаллические солнечные панели 4. Параллельное сравнение – монокристаллические и поликристаллические солнечные панели в табличной форме 5. Резюме

Установка солнечной панели

Для более эффективного применения батареи нужно обязательно учитывать следующие факторы ее установки:

месторасположения устройства не должно в течение дня закрываться тенью любых других предметов;
чтобы поток световых лучей на фотоэлемент был максимален, желательно его оборудовать поворотным устройством, выдерживающим постоянную ориентацию на солнце;
оптимальный угол наклона модуля к вертикали сильно зависит от местности где расположена СЭС и времени года, все знают, что солнце зимой находится ниже над горизонтом;
ухода за лицевой стороной прибора, очистки стекла от наслоений грязи и снега, нужно обеспечить к нему удобный доступ человека.

Собрать солнечную установку можно своими руками, предварительно изучив соответственную литературу.

Но если у вас нет, хотя бы базовых познаний в электричестве и электронике, то стоит доверить дело специалистам.

Советы по выбору

Зная все плюсы и минусы, которыми обладают поликристаллические или подобные им монокристаллические солнечные батареи, можно определиться с их выбором:

Прежде всего, стоит отталкиваться от своих потребностей. Нужно высчитать объем тепла, который вам понадобится. Наиболее рациональным считается, если солнечная батарея сможет выдавать от 40 до 80 % необходимого тепла.
Приобретаемая панель должна соответствовать вашему жилью

Следует принимать во внимание климатическую зону, продолжительность светового дня: для этого делаются специальные расчеты с использованием карты освещенности.
При выборе батареи нужно выяснить ее КПД; материал, из которого она изготовлена; период, на который рассчитана работа изделия.

Монтаж солнечных батарей

К установке солнечных батарей не применяется жестких требований. Смонтировать гелиоприемник можно под наклоном, на вертикальной или горизонтальной поверхности. При этом жесткие панели (моно- и поликристаллические) устанавливают на жесткий каркас, фиксируют в местах крепления при помощи комплектного крепежа. Батареи на эластичной подложке допускают укладку на неровные поверхности (например, волнистую крышу).

Соединения между панелями осуществляют многожильными проводниками с оконцевателями. Сечение токоведущих элементов рассчитывают по величине номинального и максимального тока.

Этого можно достичь:

Ориентировкой модулей в южном направлении.
Размещением их под углом, равным географической широте местности.

Кроме того, для монокристаллических панелей критически важно позаботиться об отсутствии затенения – при рассеянном свете их эффективность сильно падает

Типы фотоэлектрических преобразователей

Классифицируют промышленные солнечные панели по их конструкционным особенностям и типу рабочего фотоэлектрического слоя. Различают такие виды батарей по типу устройства:

гибкие;
жесткие.

Гибкие тонкопленочные солнечные панели постепенно занимают всё большую нишу на рынке благодаря своей монтажной универсальности, ведь установить их можно на большинстве поверхностей с разнообразными архитектурными формами.

Реальные характеристики солнечных панелей обычно ниже, чем указанные в инструкции. Поэтому перед их установкой дома желательно самому увидеть похожий реализованный проект

По типу рабочего фотоэлектрического слоя солнечные батареи разделяются на такие разновидности:

Кремниевые:
- монокристаллические;
- поликристаллические;
- аморфные.
Теллурий-кадмиевые.
На основе селенида индия- меди-галлия.
Полимерные.
Органические.
На основе арсенида галлия.
Комбинированные и многослойные.

Интерес для широкого потребителя представляют не все типы солнечных панелей, а только лишь первые два кристаллических подвида. Хотя некоторые другие типы панелей и имеют большие КПД, но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения.

Галерея изображений
Фото из
Монокристаллические панели легко угадать по белым квадратикам в уголках отдельных элементов

Поликристаллические панели рекомендуется ориентировать на восток и запад, а для южной стороны лучше приобрести монокристаллический модуль

Тонкопленочные солнечные панели популярны при изготовлении портативных туристических солнечных батарей

Солнечные панели с содержанием индия активно используются на космических спутниках

Мышьяк в солнечных батареях с арсенидом галлия становится токсичным только при прямом контакте с водой

Солнечные панели из редких металлов могут быть изготовлены любых размеров и формы

Органические солнечные панели пока что недоступны для массового потребителя из-за недостаточной испытанности технологии

Полимерные солнечные батареи имеют низкий КПД, поэтому распространения пока не получили

Массив монокристаллических солнечных фотоэлементов

Солнечная панель на основе поликристаллов кремния

Солнечная панель в виде пленки

Фотогальванические элементы из селенида индия-меди-галлия

Фотоэлемент на основе арсенида галлия

Солнечные панели со слоем теллурида кадмия

Производство органических солнечных панелей

Солнечная батарея из полиэфира

Кремниевые фотоэлектрические элементы довольно чувствительны к нагреву. Базовая температура для измерения электрогенерации составляет 25 °C. При её повышении на один градус эффективность панелей снижается на 0,45-0,5%.

Далее будут подробно рассмотрены солнечные панели, которые представляют наибольший потребительский интерес.

Виды солнечных панелей

Солнечная панель представляет собой объединенные между собой фотоэлектрические элементы, которые преобразуют энергию Солнца в электрический ток.

По технологии производства фотоэлементов все солнечные панели делятся на две большие группы: кремниевые и пленочные. Их типы и особенности будут рассмотрены ниже в таблице.

Группа	Тип	Особенности	КПД, %
Кремниевые	Монокристаллические (mono-Si)	Представляют собой один кристалл кремния. Имеют квадратную форму с округленными углами. Цвет серый или от черного до синего (с антиотражающим покрытием). Лучше всего преобразуют прямое солнечное излучение. Самые дорогие.	от 15 до 22
Кремниевые	Поликристаллические (poly-Si)	Блок кристаллов кремния соединенные между собой. Имеют квадратную форму. Цвет серебристо-серый или синий (с антиотражающим покрытием). Поглотительная способность прямого солнечного излучения хуже. Лучше использовать для выработки энергии из рассеянного излучения. Дешевле, чем монокристаллы.	от 12 до 18
Кремниевые, пленочные	Аморфные	Занимают промежуточное положение, т.к. изготовлены из кремния, но в виде пленки. Представляют собой напыление полупроводника из кремния на основу. Удобны в использовании. В течение полугода-года выгорают на солнце, в связи с чем, снижается их мощность.	от 5 до 6
Пленочные	На основе теллурида кадмия	Имеют вид пленки, которая наносится на стекло. Зеркального темно-зеленого или черного цвета. Чаще применяется в космосе и на орбите Земли. Токсичны: выделяют вредный кадмий. Сложная утилизация.	от 10 до 12
Пленочные	На основе CIGS (селенида меди-индия)	Имеют вид пленки, полупроводником в которой используется селенид меди-индия. Цвет от темно-серого до черного. Подвержены коррозии.	от 15 до 20
Пленочные	Полимерные	Имеют вид очень тонкой пленки. Дешевые в производстве, не выделяют вредных веществ.	от 5 до 6

Теперь, ориентируясь в видах солнечных панелей, рассмотрим, в каких областях жизнедеятельности человека применяется каждый из них.

Панели из монокристаллов

Понять, что перед вами монокристаллические солнечные панели, очень просто. Их поверхность составляет большое число квадратов, которые имеют срезанные уголки. Монокристаллы с такой формой получаются в процессе изготовления, а объясняется это структурой кристаллической решетки кремния.

Из названия ясно, что при производстве используется один кремниевый кристалл. Чтобы его изготовить, запускают процесс выращивания из расплава, используя чистый кремний. В результате выходит кристаллический элемент в форме цилиндра, который в дальнейшем нарезают тонкими пластинками, и они получают форму срезанных квадратов.

Такая форма позволяет предотвратить нерациональное использование полезных площадей. Монокристаллическая панель отличается однородным цветом и структурой. Это свидетельствует о высокой чистоте кремния (до 99,99 %).

Отдельные квадратные детали складывают в единую панель, окруженную по периметру оболочкой из пластика. После этого солнечный модуль готов к функционированию.

Достоинства

Монокристаллические солнечные батареи обладают рядом преимуществ:

Имеют наилучший коэффициент полезного действия среди всех современных моделей.
Хорошо функционируют в условиях низких температур.
Обладают длительным сроком эксплуатации (до 25 лет).
Требуют меньше места по сравнению с другими аналогами при одной и той же отдаче тепла.

Физические характеристики кристаллического кремния

Элементы для солнечных панелей изготавливаются из полупроводниковых материалов. Среди них несомненным лидером является кремний, который служит основным материалом для производства панелей.

По своим физическим свойствам кремний бывает монокристаллический, поликристаллический, мультикристаллический и аморфный. Такое разнообразие структур дает ему несомненное преимущество перед другими видами полупроводников, и делает незаменимым в производстве микроэлектроники и электронной техники. То же самое в полной мере касается и солнечной энергетики. Кремний относится к наиболее распространенным химическим элементом, а его запасы практически неограниченны. Данный материал отличается доступностью, дешевизной и экологической чистотой. В природе он известен как двуокись кремния, а в натуральном виде представлен речным и кварцевым песком, кремнем, кварцем и кварцитами. Кристаллическая решетка кремния похожа на алмазную, поэтому он очень хрупкий и приобретает пластичность лишь при температуре свыше 800 градусов.

При идеальной кристаллической структуре и отсутствии примесей, в температурных условиях абсолютного нуля, кремний можно рассматривать как изолятор. При повышении температуры в нем возникает явление так называемой собственной проводимости. В этом случае электрический ток возникает за счет свободных электронов или дырок, представляющих электронную или дырочную проводимость.

Помещенный в комнатную температуру, чистый кремний ведет себя как химически инертное вещество. Однако, если температура повышается, он начинает вступать в активную реакцию с другими элементами. Особую активность данный материал проявляет в расплавленном виде, создавая серьезные проблемы при его очистке до требуемого уровня.

Солнечные элементы на основе кремния изготавливаются из тонких кремниевых пластинок, нарезаемых на установленную толщину. Предварительно они подвергаются различным видам обработки, и в результате сложных технологических процессов получается нужный материал.

Советы по выбору

Прежде всего, стоит отталкиваться от своих потребностей. Нужно высчитать объем тепла, который вам понадобится. Наиболее рациональным считается, если солнечная батарея сможет выдавать от 40 до 80 % необходимого тепла. Приобретаемая панель должна соответствовать вашему жилью

Следует принимать во внимание климатическую зону, продолжительность светового дня: для этого делаются специальные расчеты с использованием карты освещенности. При выборе батареи нужно выяснить ее КПД; материал, из которого она изготовлена; период, на который рассчитана работа изделия

Как вам статья?

Мне нравитсяНе нравится

Конструкция и применение

Полупроводник. Как правило, моно- или поликристаллический кремний, дополненный другими химическими соединениями, которые способствуют образованию фото-электрического эффекта. Состоит из 2 материалов с разной проводимостью, за счет чего между ними происходит постоянное перемещение электронов (p-n-переход).
Прокладка — тончайшее покрытие, которое препятствует свободному движению электронов, находится между слоями полупроводника.
Источник электроэнергии, при подключении которого к прокладке электроны приобретают способность ее преодолевать — в результате этого возникает упорядоченное движение заряженных частиц, собственно, генерируется электрический ток.
Аккумулятор — накапливает полученную электроэнергию.
Контроллер заряда — выполняет функцию распределителя потоков электрической энергии.
Инвертор — нужен для трансформации постоянного тока в переменный.
Стабилизатор напряжения.

Для использования солнечных батарей в качестве основного источника электроэнергии важно, чтобы количество ясных дней преобладало над пасмурными. По этой причине в большинстве регионов нашей страны подобные установки используют преимущественно как вспомогательные

Поликристаллические фотоэлементы

Солнечные батареи, производимые на основе поли кристаллических кремниевых элементов, созданы и выпущены на рынок сравнительно давно. Впервые они были предложены потребителю еще в 1981 году. В процессе их производства нет необходимости задействовать сложные и дорогостоящие высокотехнологические процессы. Производством не ставится цель упорядочивания молекулярной структуры решетки кремния. Исходное сырье просто плавят и заливают в готовые формы для отливки. Далее, остывшие блоки делят на пластины стандартных размеров, имеющих правильную форму квадрата. В результате мы имеем относительно недорогие и простые в использовании поликристаллические фотоэлементы.

В чем же достоинство оборудования на основе поликристаллических элементов?

Приобретение и установка такого оборудования не повлечет вашего разорения: в результате выбора этого типа оборудования вы значительно сэкономите, так как в процессе производства довольно серьезно снижаются расходы материалов, дешевле обходится дальнейшая переработка и утилизация;
Технологический процесс отличается намного меньшим в процентном соотношении количеством брака.

Однако одновременно с этими неоспоримыми достоинствами поликристаллические фотоэлементы имеют и ряд значительных недостатков:

Поликристаллические солнечные фотоэлементы хуже противостоят влиянию повышенных температур. Их существенная разница в сравнении с аналогами на основе монокристаллов состоит в том, что влияние высоких температур разрушительно влияет на срок службы всей системы, снижает показатели мощности

Но в связи с тем, что все-таки влияние на функциональные характеристики не столь существенно, особенно заострять на этом внимание нет необходимости;
Следующий недостаток — это сниженная эффективность использования полезной площади, занятой под солнечную энергетическую систему поли кристаллических фотоэлементов, которая значительно ниже, чем у аналогичной продукции на монокристаллах. Чтобы получить на выходе те же показатели мощности, придется использовать большее число панелей;
Среди существенных недостатков выступают показатели производительности в сравнении с батареями на основе монокристаллов: они значительно ниже – в данном случае цифры составляют от 13 до 18 процентов;

Общий внешний вид конструкции: поли кристаллические панели имеют неоднородную поверхность

Однако, если в процессе монтажа добавить специальные покрытия, этот недостаток совсем не будет заметен внешне.

Особенности монокристаллических панелей

Монокристаллическая система представляет собой десятки фотоэлементов, объединенных в единую панель. Кристаллы получают путем выращивания — по методу Чохальского. Каждый из них закреплен на стеклопластиковой основе, которая защищает от пыли и влажности. Материал элементов — очищенный кремний. Светочувствительные ячейки ориентированы в одну сторону, за счет чего КПД монокристаллических панелей выше, чем поликристаллических. Другие особенности:

продолжительность непрерывной эксплуатации — не менее 20 лет;
КПД монокристаллов — в среднем до 20–22 % (без учета потерь полученной электроэнергии), в отдельных случаях — до 20 %;
уровень поглощения выше, чем в поликристаллических панелях;

Единственный минус монокристаллических систем — более высокая стоимость, впрочем, затраты на их приобретение быстро окупаются

При дефиците площади, когда крайне важно добиться максимального количества энергии с каждого квадратного метра, подобное решение предпочтительнее

Изготовление

Главное, чем отличаются монокристаллы от поликристаллов —это сложность в изготовлении. Монокристалл долго выращивается и требует для этого создания определенных условий.

Используется небольшой кусочек чистого кремния, который помещают в расплав.
Он становится основой для кристалла, который начинает расти, увеличиваться в размерах.
Когда его величина достигает заданных параметров, процесс останавливают, а полученный цилиндр нарезают на тонкие пластинки. Это и есть заготовки для монокристаллических солнечных панелей.
Затем их шлифуют, наносят защитное покрытие и устанавливают контактные проводники.
Последний этап — сборка отдельных фотоэлектрических элементов в солнечные модули с заданными параметрами.

Преимущества

К преимуществам монокристаллических панелей следует отнести:

эффективность, превышающая показатели всех остальных видов солнечных панелей. Она достигается за счет структурированности кремния, позволяющего добиться КПД в 17-22 %
малая площадь панелей по сравнению с другими конструкциями
долговечность монокристаллических панелей составляет до 25 лет, что не способны продемонстрировать альтернативные разновидности
способность работать в условиях низких температур
панели демонстрируют довольно высокую производительность даже в условиях слабой освещенности

Преимущества, которые показывают солнечные панели монокристаллические перед другими конструкциями, в значительной степени нивелируются их отрицательными качествами.