Какие солнечные батареи лучше? Монокристалл или поликристалл

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:

1. Имеют наилучший коэффициент полезного действия среди всех современных моделей.
2. Хорошо функционируют в условиях низких температур.
3. Обладают длительным сроком эксплуатации (до 25 лет).
4. 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.

Преимуществ и недостатки мультикристаллических солнечных панелей

Панели из плиток, состоящих из множества кристаллов, именуются «поли» или «мульти». Для изготовления применяется не долговременное наращивание и создание условий для медленного разрастания, а окунание затравки в ванну со специальной смесью кремния. После медленного остывания формируется структура с множеством кристалликов, сориентированных разнонаправленно. Затем производится нарезка прямоугольников, а из них — пластин, плиток нужных параметров.

Поликристаллические солнечные батареи имеют такие преимущества:

• намного дешевле, так как процесс создания менее трудозатратный, проще и более быстрый;
• при нагреве модуля выходная мощность снижается менее значительно.

Минусы:

• чистота Si ниже, чем в монокристаллических фотоэлектрических солнечных элементах, соответственно, КПД также ниже — 12–17 %.
• для аналогичного результата генерации электричества потребуется больше площади, соответственно, и модулей, чем при использовании монокристалла.

Как выполнятся монтаж

Выбирают место, где будут фиксироваться панели. Оценивают факторы:

• тень: следует найти наиболее ярко освещаемый на протяжении всего дня участок;
• ориентация по сторонам света: если объект расположен на севере, модуль располагают лицевой панелью к югу и, наоборот;
• угол наклона: он должен соответствовать широте, в которой находится объект (в зависимости от положения относительно экватора осуществляется коррекция 12°).

Монтаж солнечных панелей

Крепить панели можно на крыше дома или при помощи специальных ферм. В первом случае достаточно зафиксировать профили. К ним уже крепят модули при помощи болтового соединения. Когда же солнечные батареи монтируются на специальных конструкциях (фермах), этапы работ будут отличаться:

1. Выполняется сборка профилей, уголков.
2. Подготавливают болты нужного размера, инструмент.
3. Фиксируют панели так, чтобы не было люфта между ними и опорной конструкцией.

Подключение электроники предполагает необходимость присоединения батареи посредством проводов. Соединяют контроллер, инвертор согласно схеме. На последнем этапе вся конструкция подключается к потребителю (обслуживаемому объекту).

Монокристаллические кремниевые солнечные элементы

Монокристаллические солнечные батареи представляют собой электрически соединенные элементы, изготовленные из тонких (240 мкм) пластин монокристалла кремния. Оптические оси ориентированы в одном направлении, используется материал высокой (более 99.99%) чистоты. Это обеспечивает максимальную эффективность преобразования. При теоретически возможном для кремниевого элемента КПД 30% у серийных образцов показатель достигает 18-24%.

Внешне монокристаллические батареи легко отличить – они имеют глубокий черный цвет, элементу в процессе порезки придается форма правильного квадрата (прямоугольника) со срезанными углами.

Технологий производства таких солнечных батарей – рекордсмен по стоимости среди кремниевых элементов. Высокая цена производства объясняется сложными процессами очистки сырья, выращивания монокристалла и его точной порезки.

Есть у таких элементов и другой серьезный недостаток – из-за точной ориентировки оптических осей кристаллов, оптимальную отдачу можно получить только при падении солнечных лучей перпендикулярно плоскости элемента. При существенном изменении угла освещения, а также в рассеянном свете наблюдается резкое снижение генерации.

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

Производство кремниевых кристаллов

Производство солнечных панелей начинается с изготовления моно- или поликристаллических кремниевых элементов. Монокристаллический кремний требует более сложной и трудоемкой технологии.

Его создание осуществляется в несколько этапов:

• Многоступенчатая очистка кварцевого песка, содержащего большое количество диоксида кремния. В результате очистки из него удаляется кислород. Этот процесс выполняется при высокой температуре, обеспечивающей плавление и последующий синтез материала с другими химическими веществами.
• Далее, из очищенного кремния выращиваются кристаллы. Вначале отдельные куски чистого материала закладываются в тигель, внутри которого они разогреваются и плавятся. В расплавленную массу помещается затравка, используемая в качестве основы будущего кристалла. Атомы кремния, оседая слоями на этой затравке, постепенно принимают четкую упорядоченную структуру. Конечным результатом этого продолжительного действия становится крупный однородный кристалл.
• На следующем этапе монокристалл измеряется, калибруется и обрабатывается до требуемой формы. На выходе он получается в форме цилиндра, не совсем удобной для последующей обработки. Поэтому заготовка в сечении превращается в квадрат с закругленными углами. Затем, готовый монокристалл при помощи стальных нитей разрезается на отдельные тонкие пластинки. После этого выполняется их очистка, проверка качества и работоспособность.
• Способность вырабатывать электроэнергию появляется у кремния после добавления в него бора и фосфора. Сторона п-типа покрыта фосфором, обеспечивающим получение свободных электронов. На стороне р-типа располагается слой бора с дырочной проводимостью. Таким образом, между двумя элементами создается р-п-переход. При попадании на ячейку солнечного света, из атомной решетки начнется усиленный выход электронов и дырок. Они распространяются по всему электрическому полю и устремляются к своему заряду. Сбор полученного тока осуществляется с помощью проводников, припаянных с каждой стороны пластины.
• На завершающей стадии пластинки соединяются в цепочки, после чего они собираются в более крупные блоки. Мощность батареи зависит от количества ячеек. При их последовательном соединении возникает определенное значение напряжения, а при параллельном – сила тока. Для защиты от внешних воздействий ячейки покрываются пленкой, переносятся на стекло и устанавливаются в рамку прямоугольной формы. В конце сборки проверяются вольтамперные характеристики, после чего панель готова к эксплуатации.

Особенности монокристаллической техники

Чем отличаются монокристаллические батареи от своих конкурентов? Для их создания традиционно используется монокристаллический кремний, обозначаемый как mono-Si

Принимая этот факт во внимание, можно понять, что дизайн оборудования в любом случае будет заключаться в однородном цветовом исполнении и одинаковой структуре, ведь исходный кристалл обладает только одним зерном. Модули всегда создаются из цилиндрических кремниевых слитков, обрезанных специальным образом для получения специального диска

Преимущества

1. Гарантируются идеальные характеристики оборудования, так как оно создаётся из высококачественного кремния. Производительность приборов составляет около 17 – 22%.
2. Батареи выгодно отличаются компактными размерами. Для их установки требуется минимум места.
3. КПД всегда оказывается самым эффективным. Максимальный объём вырабатываемой электроэнергии – это основное преимущество.
4. Моно батареи могут успешно прослужить до 25 лет.

Важно понимать, что солнечная панель не может быть покрыта тенью, грязью, снегом, так как в противном случае мощность будет частично потеряна. Только успешное использование позволит полностью окупить финансовые вложения, несмотря на то, что рассматриваемые модули всегда стоят дороже остальных

Производство кремниевых кристаллов

Производство солнечных панелей начинается с изготовления моно- или поликристаллических кремниевых элементов. Монокристаллический кремний требует более сложной и трудоемкой технологии.

Его создание осуществляется в несколько этапов:

• Многоступенчатая очистка кварцевого песка, содержащего большое количество диоксида кремния. В результате очистки из него удаляется кислород. Этот процесс выполняется при высокой температуре, обеспечивающей плавление и последующий синтез материала с другими химическими веществами.
• Далее, из очищенного кремния выращиваются кристаллы. Вначале отдельные куски чистого материала закладываются в тигель, внутри которого они разогреваются и плавятся. В расплавленную массу помещается затравка, используемая в качестве основы будущего кристалла. Атомы кремния, оседая слоями на этой затравке, постепенно принимают четкую упорядоченную структуру. Конечным результатом этого продолжительного действия становится крупный однородный кристалл.
• На следующем этапе монокристалл измеряется, калибруется и обрабатывается до требуемой формы. На выходе он получается в форме цилиндра, не совсем удобной для последующей обработки. Поэтому заготовка в сечении превращается в квадрат с закругленными углами. Затем, готовый монокристалл при помощи стальных нитей разрезается на отдельные тонкие пластинки. После этого выполняется их очистка, проверка качества и работоспособность.
• Способность вырабатывать электроэнергию появляется у кремния после добавления в него бора и фосфора. Сторона п-типа покрыта фосфором, обеспечивающим получение свободных электронов. На стороне р-типа располагается слой бора с дырочной проводимостью. Таким образом, между двумя элементами создается р-п-переход. При попадании на ячейку солнечного света, из атомной решетки начнется усиленный выход электронов и дырок. Они распространяются по всему электрическому полю и устремляются к своему заряду. Сбор полученного тока осуществляется с помощью проводников, припаянных с каждой стороны пластины.
• На завершающей стадии пластинки соединяются в цепочки, после чего они собираются в более крупные блоки. Мощность батареи зависит от количества ячеек. При их последовательном соединении возникает определенное значение напряжения, а при параллельном – сила тока. Для защиты от внешних воздействий ячейки покрываются пленкой, переносятся на стекло и устанавливаются в рамку прямоугольной формы. В конце сборки проверяются вольтамперные характеристики, после чего панель готова к эксплуатации.

Разновидности солнечных панелей

При выборе солнечных панелей возникает вопрос — какой тип солнечных панелей эффективнее? Они подразделяются на 2 типа: 1. Монокристаллические. 2. Поликристаллические.

Как уже было отмечено, солнечные батареи производятся из кремния. Основа этого материала — кристаллы. Итак, что такое кристалл? При производстве сначала происходит процесс расплавления кремния. Создается так называемый кремниевый стержень, а вокруг него появляется кристалл. После этого, монокристалл разрезают на нужное количество частей, которые и будут компонентами для солнечной батареи. Данная технология энергозатратная, поэтому и цена монокристаллических солнечных панелей высокая.

Для производства поликристаллических панелей применяется другая технология. При этом частично используются остатки от обработки монокристалла. Такой метод не требует больших затрат, поэтому поликристаллические панели стоят дешевле монокристаллических.

Температурный коэффициент в перечисленных видах солнечных панелей приблизительно одинаков — 0.45%. Исключение могут составлять солнечные панели премиальных брендов Sharp, LG, Hanwha, Longi Solar.

Тестирование

Чтобы сравнить две солнечные сборки одинаковой мощности на эффективность, разумно выполнить их рабочее тестирование. Для этого необходимо установить mono- и poly-батареи одинаково по отношению к солнцу и измерять реальную мощность устройств в зависимости от времени суток, от степени нагрева полупроводникового элемента.

Также учтите все другие параметры, которыми они будут отличаться. В том числе снижение мощности устройств после определенного периода эксплуатации. Полученные результаты дадут исчерпывающую информацию, какая из панелей (solar panels) лучше и кому из производителей этих устройств нужно в дальнейшем отдавать предпочтение.

Предыдущая
Альтернативные источникиКак выбрать аккумуляторы для солнечных батарей
Следующая
Альтернативные источникиЭффективна ли солнечная батарея для дачи и стоит ли покупать комплект

Спасибо, помогло!4Не помогло

Минусы солнечных батарей

У солнечных батарей, конечно же, есть и свои минусы, о них тоже стоит упомянуть. Это в первую очередь высокая стоимость и долгий срок окупаемости. Вкладывать большие деньги, чтобы получить бесплатную электроэнергию в сильно отсроченной перспективе, готов не каждый. Также это низкий КПД. Хотя справедливости ради стоит заметить, что мощности панелей постоянно растут и возможно в ближайшем будущем, этот минус перестанет быть таким ощутимым. Пробежимся вкратце еще по нескольким минусам.

• Зависимость нормального функционирования от погодных условий.
• Необходимости приобретать много дополнительного оборудования.
• Нельзя использовать для питания электроники, которая требует больших мощностей.
• Требование больших территорий для размещения

Это самые основные плюсы и минусы всех солнечных батарей. Если принято решение об их приобретении, то нужно сперва определиться с их типом. Чаще всего используется такие варианты.

• Монокристаллические панели.
• Поликристаллические панели.

Чтобы выбрать из двух типов тот, который вам подойдет, ознакомимся с преимуществами и недостатками названых типов солнечных батарей. Также подробнее изучим материалы и особенности панелей, узнаем, чем отличается поликристаллическая солнечная панель от монокристаллической, определим, какая покупка выгоднее.

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.

Источники

• https://www.sosvetom.ru/articles/sravnenie-monokristallicheskikh-i-polikristallicheskikh-solnechnykh-batarey/
• https://Energo.house/sol/kakie-solnechnye-batarei-luchshe-monokristall-ili-polikristall.html
• https://batteryk.com/monokristallicheskije-solnechnyje-paneli
• https://mr-build.ru/newteplo/polikristalliceskie-solnecnye-paneli.html
• https://www.termico-solar.com/monokristall-ili-polikristall-solnechnyh-panelej/
• https://lucheeotoplenie.ru/tipy-otopleniya/solnechnoe/solnechnye-paneli-polikristallicheskie.html

Мощность и напряжение

Мощность панелей определяют следующим образом:

• Рассчитывают среднюю суммарную мощность потребления (по показателям электросчетчика, счетам за электроэнергию). Для среднедневного потребления показатели за месяц делят на количество дней.
• К полученному результату добавляют 20-30%, чтобы получить запас с учетом КД преобразования (потерь на заряд аккумуляторов и работу инвертора).
• По полученным данным рассчитывают выходную мощность панелей с учетом длительности светового дня. Для расчетов она принимается равной 6 ч, соответственно мощность батареи должна превосходить среднее потребление в 4 раза.
• Выбирают напряжение панели. Как правило, производители предлагают батареи с выходным напряжением 12В. Однако для заряда накопителей и повышения КПД преобразования постоянного напряжения переменное на инверторе (особенно при большой мощности), выгоднее иметь более высокие значения.Стандартно используют:
  • 12 В для систем для мощностей до 1 кВт.
  • 24 В или 36 В – до 5 кВт.
  • 48 В – более 5 кВт.

Такие напряжения получают последовательным соединением панелей.

• Определяют пиковую мощность, для чего суммируют мощности всех потребителей в доме.
• Определяют пиковую мощность с запасом 10-20%, например, на пусковые токи электродвигателей и работу нагревательных элементов системы ГВС, стиральной и посудомоечной машин и т.д.
• По пиковой мощности определяют максимальный ток панелей.
• В справочниках находят коэффициент инсоляции (в летнее и зимнее время) для местности.

Для дальнейших расчетов следует воспользоваться формулой:

P = Kc * Wn * Ki, учитывающей

• Кс – сезонный коэффициент, для летнего времени принимается равным 0.5, для зимнего — 0.7;
• Ki – коэффициент инсоляции, для летнего и зимнего времени;
• Wn – номинальную мощность панели.

Выбрав в каталогах производителей несколько моделей батарей для каждой из них рассчитывают мощность генерации в зимнее и летнее время.

Затем определяют необходимое количество панелей, разделив рассчитанную выше среднюю мощность потребления (с запасом) на мощность генерации. Вычисления ведут для зимнего и летнего периода, в качестве итога принимают большее значение.

Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем

Округления ведут до большего целого числа. При напряжениях более 12 В округляют до чисел кратных 2 для систем с питание 24В, 3 для 36В и 4 для 48 В.

После расчетов проверяют:

• Максимальную токовую нагрузку на панели по пиковому потреблению. Если максимальный ток больше, чем обеспечивают соединенные параллельно батареи, следует выбрать более мощные.
• Бюджет. Определяют общую стоимость панелей и сравнивают с выделенной на их покупку суммой.

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?

1. 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;

2. 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.