Какие выбрать солнечные батареи: поликристаллические или монокристаллические?

Что это такое?

Солнечная батарея (гелиосистема) – это устройство, чья поверхность состоит из множества фотоэлементов. С их помощью солнечная энергия преобразуется в постоянный электрический ток и накапливается в аккумуляторе.

Система солнечной батареи включает в себя:

• фотоэлектрические модули – необходимы для захвата солнечной энергии для последующего преобразования её в электричество;
• преобразователь тока – преобразует постоянный ток в переменный;
• аккумуляторы – средства для накапливания полученной энергии;
• контроллер аккумулятора – контролирует, насколько заряжен аккумулятор.

Система полностью автономна и обеспечивает бесперебойное поступление энергоресурсов за счет основных и дополнительных аккумуляторов.

Несмотря на то что солнечные батареи за границей имеют низкую стоимость и большой спрос, существуют и противники данного устройства. Они убеждены, что главный изъян такой системы заключается в том, что в году значительно больше пасмурных, чем солнечных дней. И это так, однако, большинство современных моделей имеет такую высокую мощность фотоэлементов, что они способны получить достаточно энергии даже в непогожий день.

Виды

Перед осуществлением покупки необходимо ознакомиться с типами солнечных батарей, которые предлагают современные компании. От их выбора зависят работоспособность, долговечность, мощность и цена устройства. Разница заключается в материале, из которых изготавливаются фотоэлементы системы. Выделяют несколько вариантов.

Самый бюджетный вид, предназначенный для питания энергией малогабаритной техники.

Из поликристаллического кремния

Отличается невысокой ценой в отличие от батарей с фотопреобразователями из монокристаллического кремния, однако, менее эффективен в процессе получения и обработки солнечной энергии. Данный вариант рассчитан на приобретение частными лицами для энергоснабжения током небольших участков.

Из монокристаллического кремния

Самая дорогая модель, которая отличается высокой производительностью. Такие батареи, как правило, имеют компактный размер, но вместе с тем характеризуются высокой мощностью выработки электроэнергии. Главное преимущество также заключается и в высоком качестве – фотоэлементы крайне устойчивы к влаге и другим неблагоприятным условиям.

Приобретение солнечной батареи должно ориентировать не столько на бюджет, сколько на необходимость обеспечить бесперебойной подачей тока отдельную технику, помещение или предприятие. Чем качественнее выполнены фотоэлементы, тем лучше будет результат работы и долговечнее изделие. В случае если выбор стоит между приобретением панелей из монокристалла или поликристалла, лучше всего выбрать первый вариант.

Виды

Перед осуществлением покупки необходимо ознакомиться с типами солнечных батарей, которые предлагают современные компании. От их выбора зависят работоспособность, долговечность, мощность и цена устройства. Разница заключается в материале, из которых изготавливаются фотоэлементы системы. Выделяют несколько вариантов.

Самый бюджетный вид, предназначенный для питания энергией малогабаритной техники.

Из поликристаллического кремния

Отличается невысокой ценой в отличие от батарей с фотопреобразователями из монокристаллического кремния, однако, менее эффективен в процессе получения и обработки солнечной энергии. Данный вариант рассчитан на приобретение частными лицами для энергоснабжения током небольших участков.

Из монокристаллического кремния

Самая дорогая модель, которая отличается высокой производительностью. Такие батареи, как правило, имеют компактный размер, но вместе с тем характеризуются высокой мощностью выработки электроэнергии. Главное преимущество также заключается и в высоком качестве – фотоэлементы крайне устойчивы к влаге и другим неблагоприятным условиям.

Приобретение солнечной батареи должно ориентировать не столько на бюджет, сколько на необходимость обеспечить бесперебойной подачей тока отдельную технику, помещение или предприятие. Чем качественнее выполнены фотоэлементы, тем лучше будет результат работы и долговечнее изделие. В случае если выбор стоит между приобретением панелей из монокристалла или поликристалла, лучше всего выбрать первый вариант.

Монокристаллические панели

Монокристаллические панели имеют как плюсы, так и минусы. К преимуществам данного вида панелей относятся: 1. Достаточно высокие показатели работы. Это достигается благодаря высокой степени очистки кремния. 2. Высокий уровень производительности. Он достигает 18-23%. Именно за это преимущество монокристаллические панели пользуются спросом среди пользователей. 3. Солнечные панели от ведущих производителей монокристалла могут обеспечить более высокую производительность в условиях недостаточной освещенности (в утренние и вечерние часы) и при значительной облачности. 4. Компактность. Площадь используется маленькая для размещения батареи. При этом производительность ее работы выше, чем поликристаллической панели. 5. Длительный период эксплуатации. Так, гарантированный срок службы монокристаллической панели составляет от 25 до 30 лет.

Единственным недостатком такого вида батарей является их стоимость. Она значительно выше, чем поликристаллических элементов. Поэтому для установки данного вида панелей надо будет сделать капитальные вложения.

Типы солнечных панелей, что такое моно и поликристалл

Типы солнечных батарей:

• кремниевые — из кристаллов Si, твердые с определенной хрупкостью плитки. Стандарт, традиционные изделия. Наиболее эффективное, а возможно, единственное высоко результативное решение, если требуется основательная система в классическом ее понимании с хорошей отдачей, окупаемостью. Чаще всего их подразумевают, используя термин «солнечные панели»;
• пленочные — КПД в 3 раза ниже, чем у кремниевых, это эластичная пленка, которую можно наклеивать. Основное преимущество в легкости использования, монтажа, возможности модификации форм. Пленочные солнечные батареи — это инновация, изделие имеет потенциал для совершенствования, но на данное время для серьезной системы их сложно рассматривать. Эластичные фотоэлектрические элементы дороже кремниевых, не окупятся за свой срок эксплуатации, который намного меньший (10–12 лет против 15–20 лет);
• арсенид-галиевые, из аморфного кремния — особо продвинутые технологии, самые производительные батареи, но чрезвычайно дорогие, на рынке встречаются редко, это не массовая продукция.

Кремниевые фотогальванические батареи разделяются на монокристаллические, поликристаллические. Плитки панелей создаются формированием массы вокруг затравки из Si — именно в этом процессе и есть различия для указанных двух вариантов. Финишные этапы одинаковые — делают p-, n-переходы, устанавливают электроконтакты, токоведущие линии, наносят антиотражающий слой.

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.

Конструкция и применение

По устройству все солнечные преобразователи разделяют на монокристаллические и поликристаллические. От конструктивного исполнения каждой панели зависит ее эффективность и стоимость. Мировые производители этих устройств используют в качестве рабочего тела кремний, теллурид кадмия и соединения на основе меди, индия, галлия, селена. Последними достижениями в этой области считаются батареи, рабочим материалом которых является арсенид галлия.

Отечественная промышленность для производства солнечных генераторов использует преимущественно кремниевые полупроводниковые пластины. Готовые модули, предназначенные для выработки электрического тока, объединяют своей конструкцией набор ячеек. Плоские панели устанавливают на специальные стеллажи с поворотными устройствами, при помощи которых в течение дня устанавливается максимально возможный угол падения лучей солнца на полупроводник. Дешевым, но менее эффективным вариантом является использование неподвижных конструкций, настроенных на определенный постоянный угол.

Важным элементом любой солнечной сборки являются аккумуляторы, которые накапливают электрическую энергию для использования ее ночью или в мало освещенное время суток. Дальше она из аккумуляторов поступает непосредственно в нагрузку, либо сначала на инвертор 12(24)–220 В, а затем к потребителю, в зависимости от его типа.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Генерировать солнечную энергию выгодно там, где в году много ярких дней. Большинство регионов РФ малопригодны для использования только энергии солнца. Солнечные генераторы чаще применяются лишь как добавочные устройства энергоснабжения.

Поликристаллические панели

Поликристаллические солнечные панели имеют самое главное преимущество — это доступная стоимость. Это связано с тем, что при производстве данного вида панелей используется абсолютно незатратный метод.

К недостаткам поликристаллических панелей относятся: 1. Низкий показатель производительности. Он составляет 14-18%. Это является результатом низкого уровня чистоты кремния. 2. Занимают больше пространства. Из-за меньшей мощности, придется устанавливать больше солнечных батарей, чем при использовании монокристаллических элементов. 3. Чувствительность к перепадам температуры. Такие панели имеют определенный порог температурного режима. Когда они его достигают, начинают происходить различные физико-химические реакции. Это, в свою очередь, влияет не общий срок эксплуатации поликристаллических панелей. Какой солнечной панели отдать предпочтение?

Какая солнечная панель лучше и сколько нужно солнечных батарей для дома — это главные вопросы, которые беспокоят потребителей. Поликристаллических панелей требуется для дома больше, чем монокристаллических. Однако это вовсе не означает, что первый вид панелей хуже другой. Они просто имеют разные способы производства.

Установка солнечных батарей — это достаточно длительный процесс. К нему надо подойти максимально внимательно. Установить однозначно, какие солнечные панели поликристаллические или монокристаллические лучше, практически невозможно.

Монокристаллические панели занимают меньше пространства. Но они дороже. Поликристаллические панели больше размером. Однако по стоимости они значительно дешевле монокристаллических панелей.

Значит, надо учитывать, что при одинаковой номинальной мощности, монокристаллические и поликристаллические панели могут отличаться своими размерами и ценой. Именно от этого Вам нужно отталкиваться, отдавая предпочтение конкретному виду солнечной батареи. Кроме этого, Вам необходимо определиться с: • целью установки; • расчетной мощностью; • условиями, в которых будут эксплуатироваться панели.

Если провести более жизненный пример сравнения, то разницу между видами солнечных панелей можно перевести и различие между дизельными и бензиновыми двигателями. Каждый из данных видов ДВС имеет идентичное назначение — это превращение химической энергии в механическую.

Как бензиновые, так и дизельные двигатели имеют свои преимущества и недостатки. Например, дизельные моторы более тяговитые и экономные, а бензиновые менее затратные в обслуживании. Принципиально понять, что для каждого отдельного случая эксплуатации машин — строительства, перевозки, скоростных гонок выдвигаются определенные требования. Поэтому их нужно выбирать в соответствии с условиями эксплуатации и другими выходными данными.

Абсолютно идентичная ситуация и с подбором солнечных батарей для строительства солнечной электростанции. Чтобы автономная или сетевая СЭС работала продуктивно и надежно, на этапе подготовки необходимо осуществить индивидуальный просчет всего проекта и правильно подобрать комплектующие.

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.

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.

Что такое монокристаллическая солнечная батарея

Мы уже упомянули о том, что панели бывают двух типов: поли- и монокристаллические. Для начала рассмотрим монокристаллический элемент – он дороже, но мощнее.

Особенности

Для такой батареи выращивается специальный монокристалл кремния по способу Чохральского. Этот материал стоит дороже, чем поликристаллическая пластина, но из-за своего высокого качества монокристаллический модуль имеет больший КПД. Монокристаллические солнечные панели, собранные из отдельных кремниевых ячеек, обладают эффективностью работы, которая равна примерно 20–22%.

Лучи света, попадая на поверхность монокристалла кремния, приводят свободные электроны к направленному движению. С обеих сторон кристалла к нему присоединены провода, идущие к потребителю.

КПД такой пластины достаточно высок, так как в ней лучи солнца не рассеиваются, а равномерно распределяются по всей поверхности кристалла. Площадь р-п перехода в пластине велика, за счет чего электроны проникают из одной части полупроводника в другую беспрепятственно.

Стоимость

Технология выращивания монокристаллов полупроводника больших размеров довольно трудоемка, из-за чего цена такой батареи всегда выше, чем аналогичного изделия на основе поликристаллов. Разница в стоимости устройств – 10%, что является главным недостатком монокристаллической батареи.

Цена монокристаллической панели мощностью 150 Вт равна 5400 руб., а такая же по конструкции батарея мощностью 200 Вт стоит 11700 руб. Гораздо дороже устройства мощностью 230 Вт и 300 Вт

Поликристаллические солнечные панели

Эти панели изготавливаются из расплавленного кремниевого сырья, залитого в специальные формы и далее нарезанного. Такая технология изготовления намного проще. Поэтому плюсы здесь следующие.

• Низкая цена за счет более простой технологии производства с меньшим количеством отходов.
• Низкий процент брака при производстве.

Но эта простота и низкая стоимость влекут за собой серьезные недостатки.

• Плохая устойчивость к воздействию высоких температур.
• Показатели КПД находятся в пределах 14-18%.
• Менее эффективное использование площади расположения солнечных батарей. Чтобы получить те же мощности, нужно задействовать большее пространство.
• В целом неоднородная конструкция. Отличие поликристаллических панелей от монокристаллических изделий в том, что они не представляют собой компактную, однородную целостную конструкцию, без применения просветляющего покрытия.

После разбора плюсов и минусов, пришло время решить, какие панели лучше монокристаллические или поликристаллические. Ответ на этот вопрос зависит от ряда факторов, в частности от цели применения.