Солнечные элементы n-типа и p-типа. В чем различие?

Содержание

Различие солнечных батарей: сравнение разных типов солнечных панелей

Солнечные элементы n-типа и p-типа. В чем различие?

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 (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 )

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.

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.

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.

Внутренний и внешний полупроводник: определение, типы p и n

Солнечные элементы n-типа и p-типа. В чем различие?

В статье узнаете что такое внешний и внутренний полупроводник, его типы p и n, какие материалы используются для полупроводников и энергетические зоны внешних полупроводников.

Полупроводник, любой из класса кристаллических твердых тел с промежуточной электрической проводимостью между проводником и изолятором. Полупроводники используются в производстве различных видов электронных устройств, включая диоды, транзисторы и интегральные схемы.

Такие устройства нашли широкое применение из-за их компактности, надежности, энергоэффективности и низкой стоимости. В качестве дискретных компонентов они нашли применение в силовых устройствах, оптических датчиках и излучателях света, включая твердотельные лазеры.

Они имеют широкий спектр возможностей по управлению током и напряжением и, что более важно, пригодны для интеграции в сложные, но легко изготавливаемые микроэлектронные схемы.

Они являются и будут в обозримом будущем ключевыми элементами для большинства электронных систем, обслуживающих приложения для связи, обработки сигналов, вычислений и управления как на потребительском, так и на промышленном рынках.

Полупроводниковые Материалы

Твердотельные материалы обычно группируются в три класса: изоляторы, полупроводники и проводники. (При низких температурах некоторые проводники, полупроводники и изоляторы могут стать сверхпроводниками .

) На рисунке показана проводимости σ (и соответствующие удельные сопротивления ρ = 1 / σ), связанные с некоторыми важными материалами в каждом из трех классов.

Изоляторы, такие как плавленый кварц и стекло, имеют очень низкую удельную проводимость, порядка от 10 -18 до 10 -10 сименс на сантиметр; и проводники, такие как алюминий, имеют высокую проводимость, обычно от 10 4 до 10 6 сименс / см.

 Проводимости полупроводников находятся между этими крайними значениями и обычно чувствительны к температуре, освещенности, магнитным полям и незначительным количествам примесных атомов. Например, добавление около 10 атомов бора (известного как легирующая добавка) на миллион атомов кремния может увеличить свою электрическую проводимость в тысячу раз (частично учитывая большую изменчивость, показанную на предыдущем рисунке).

Изучение полупроводниковых материалов началось в начале 19 века. Элементарные полупроводники — это те, которые состоят из отдельных видов атомов, таких как кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) в столбце IV и селен (Se) и теллур (Te) в столбце VI периодической таблицы. Однако существуют многочисленные составные полупроводники, которые состоят из двух или более элементов.

 Арсенид галлия (GaAs), например, представляет собой бинарное соединение III-V, которое представляет собой комбинацию галлия (Ga) из столбца III и мышьяка(As) из столбца V. Тройные соединения могут образовываться элементами из трех различных столбцов — например, теллурид индия ртути (HgIn 2 Te 4), соединение II-III-VI.

 Они также могут быть образованы элементами из двух столбцов, таких как арсенид алюминия-галлия (Al x Ga 1 — xAs), который является тройным соединением III-V, где и Al, и Ga взяты из столбца III, а индекс xсвязан к композиции из двух элементов из 100 — процентной Al ( х = 1) до 100 процентов Ga ( х = 0).

Чистый кремний является наиболее важным материалом для применения в интегральных схемах, а бинарные и тройные соединения III-V наиболее важны для излучения света.

Внешние полупроводники

После некоторых экспериментов ученые наблюдали увеличение проводимости полупроводника, когда к нему добавляли небольшое количество примеси. Эти материалы представляют собой внешние полупроводники или примесные полупроводники. Другой термин для этих материалов — «Легированный полупроводник». В качестве примесей используются легирующие примеси.

Важным условием легирования является то, что количество добавляемой примеси не должно изменять решеточную структуру полупроводника. Чтобы достичь этого, размеры атомов легирующей примеси и полупроводника должны быть одинаковыми.

Типы легирующих примесей в внешних полупроводниках

Кристаллы кремния и германия легируются с использованием двух типов легирующих примесей:

  1. Пятивалентный (валентность 5); например, мышьяк (As), сурьма (Sb), фосфор (P) и т. д.
  2. Трехвалентный (валентность 3); например, индий (In), бор (B), алюминий (Al) и т. д.

Причина использования этих легирующих примесей состоит в том, что они имеют атомы такого же размера, что и чистый полупроводник. И Si, и Ge принадлежат к четвертой группе в периодической таблице.

 Следовательно, выбор допантов из третьей и пятой группы. Это гарантирует, что размер атомов мало чем отличается от четвертой группы. Отсюда и трехвалентный и пятивалентный выбор.

 Эти присадки дают начало двум типам полупроводников:

N тип полупроводника

Когда мы добавляем небольшое количество пятивалентной примеси к чистому полупроводнику, тогда образуется полупроводниковый кристалл, известный как полупроводник N-типа.

Сочетание примеси пятивалентного типа с чистым полупроводником обеспечивает наличие большого количества свободных электронов в полупроводниковом кристалле N-типа. Это означает, что полупроводники N-типа имеют большую концентрацию электронов. Примерами пятивалентных примесей являются мышьяк и сурьма.

Пентавалентные примеси также называют «примесью Донара». Их называют так, потому что они жертвуют / поставляют свободные электроны чистому полупроводнику, чтобы сделать его полупроводником N-типа.

Знаете ли вы, почему полупроводник, который вырабатывается донарными примесями, называется полупроводником N-типа? N означает отрицательно заряженный? Полупроводник N-типа не обладает отрицательным зарядом.

 Их называют полупроводниками N-типа, потому что большинство носителей заряда, присутствующих в полупроводниках этого типа, вызывающих поток тока, являются свободными электронами, которые заряжены отрицательно.

Полупроводник типа P

Когда мы добавляем незначительное количество трехвалентной примеси к чистому полупроводнику, тогда образуется полупроводниковый кристалл, который известен как P-тип полупроводника.

Комбинация трехвалентной примеси с чистым полупроводником обеспечивает наличие большого количества дырок в полупроводниковом кристалле P-типа. Примерами трехвалентных примесей являются галлий и индий. Такие примеси, которые производят полупроводники P-типа, известны как акцепторные примеси, потому что созданные дырки могут принимать электроны.

Трехвалентные примеси также называют «примесью акцептора». Их называют так, потому что они принимают электрон и образуют дыры, чтобы сделать его полупроводником P-типа.

Они называются полупроводниками P-типа, потому что большинство носителей заряда, присутствующих в полупроводниках этого типа, вызывающих протекание тока, представляют собой дырки с положительным зарядом. В противоположность полупроводникам N-типа полупроводники P-типа имеют большую концентрацию дырок, чем концентрацию электронов.

Энергетические зоны внешних полупроводников

В внешних полупроводниках изменение температуры окружающей среды приводит к образованию неосновных носителей заряда. Кроме того, атомы легирующей примеси являются основными носителями. Во время рекомбинации большинство носителей уничтожают большинство этих неосновных носителей. Это приводит к снижению концентрации неосновных носителей.

Следовательно, это влияет на структуру энергетической зоны полупроводника. В таких полупроводниках существуют дополнительные энергетические состояния:

  • Энергетическое состояние за счет донорной примеси (ED)
  • Энергетическое состояние за счет акцепторной примеси (EA)

Приведенная выше диаграмма энергетических зон относится к полупроводнику Si n-типа. Здесь вы можете видеть, что уровень энергии донора (ED) ниже, чем у зоны проводимости (EC).

 Следовательно, электроны могут перемещаться в зону проводимости с минимальной энергией (~ 0,01 эВ). Кроме того, при комнатной температуре большинство донорных атомов и очень мало атомов Si ионизируются.

 Следовательно, в зоне проводимости больше всего электронов от донорных примесей.

Приведенная выше диаграмма энергетических зон представляет собой полупроводник Si-типа p-типа. Здесь вы можете видеть, что уровень энергии акцептора (EA) выше, чем у валентной зоны (EV). Следовательно, электроны могут перемещаться из валентной зоны на уровень Ea с минимальной энергией. Также при комнатной температуре большинство акцепторных атомов ионизируются.

Это оставляет дыры в валентной зоне. Следовательно, валентная зона имеет большинство дырок от примесей. Концентрация электронов и дырок в полупроводнике в тепловом равновесии составляет:

n e × n h = n i 2

Внутренний Полупроводник

Внутренний полупроводник — это самая чистая форма полупроводника, элементная, без каких-либо примесей. Естественно доступные элементы, такие как кремний и германий, являются лучшими примерами внутреннего полупроводника. Давайте узнаем их более подробно.

Структура решетки элементов внутреннего полупроводника

Их также называют алмазоподобными структурами. В таких структурах каждый атом окружен четырьмя соседними атомами. Теперь и Si, и Ge имеют четыре валентных электрона, и в кристаллической структуре каждый атом делит один из своих валентных электронов с каждым из своих четырех соседей.

Кроме того, он берет один электрон от каждого из своих соседей. Эта общая пара электронов называется ковалентной связью или валентной связью. Вот как структура Si или Ge выглядит в двумерном измерении с акцентом на ковалентную связь:

Также на изображении выше показана структура со всеми неповрежденными связями. Это возможно только при низких температурах. Когда температура увеличивается и больше энергии становится доступным для валентных электронов, они разрушаются, что приводит к увеличению проводимости элемента.

Теперь тепловая энергия ионизирует только несколько атомов. Эта ионизация создает вакансию в связи. Когда электрон с зарядом -q возбуждается за счет тепловой энергии, он освобождается от связи. Это оставляет вакансию там с эффективным зарядом + q. Эта вакансия с эффективным положительным электронным зарядом является дырой.

Дырка также ведет себя как свободная частица, но с положительным зарядом. В собственных полупроводниках число свободных электронов равно числу дырок и называется внутренней концентрацией носителей.

Внутренний полупроводник — движение отверстий

Другое интересное свойство полупроводников состоит в том, что, как и электроны, дырки тоже движутся. Рассмотрим следующее изображение:

На изображении выше вы можете видеть, что электрон, будучи возбужденным из-за тепловой энергии, отрывается от связи, генерируя свободный электрон.

(Место1) В месте, где электрон высвобождается, создается дырка. Теперь представьте, что электрон из Места 2, как показано на рисунке, прыгает в дыру, созданную в Месте 1.

Теперь дыра переместится из Места 1 в Место 2, как показано на рисунке ниже:

Важно отметить, что электрон, освобожденный из Зоны 1, не участвует в движении дыры. Он движется независимо, как электрон проводимости, вносящий вклад в электронный ток (Ie) под воздействием электрического поля. Кроме того, движение дыры на самом деле является движением связанных электронов.

Под электрическим полем эти отверстия движутся к отрицательному потенциалу, генерирующему ток отверстия (Ih). Следовательно, общий ток (I) составляет:

I = Ie + Ih

Еще одна важная вещь, которую следует помнить, это то, что помимо процесса генерации свободных электронов и дырок, процесс рекомбинации происходит одновременно. В этом процессе электроны рекомбинируют с дырками. В состоянии равновесия скорость генерации равна скорости рекомбинации.

Собственный полупроводник при T = 0K

При T = 0K собственный полупроводник будет вести себя как изолятор.

Конструктивно существует небольшая энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости в полупроводнике. Когда температура низкая, электроны не достаточно возбуждены, чтобы перейти в состояние с более высокой энергией. Изображение ниже объясняет, как при T = 0K электроны остаются в валентной зоне, и движение в зону проводимости отсутствует.

При повышении температуры при Т> 0К некоторые электроны возбуждаются. Эти электроны прыгают от валентности к зоне проводимости. Вот как это будет выглядеть:

Выбор солнечных панелей: Моно или поли?

Солнечные элементы n-типа и p-типа. В чем различие?

Ваша цель: Установить солнечную фотоэлектрическую систему, которая поможет вам уменьшить расходы на электроэнергию.

Проблема: На рынке очень много разных моделей и типов солнечных модулей, и это вас запутало. одни продавцы утверждают, монокристаллические модули это лучший выбор, другие утверждают, что поликристаллические ничем не хуже (или даже лучше). Кто из них прав?

Когда дело доходит до наиболее подходящих для вашего проекта солнечных модулях, потребитель сталкивается с проблемой выбора. На рынке сейчас много разный солнечных модулей, и все продавцы утверждают, что у них «самые лучшие».

Покупателю не просто разобраться в технических характеристиках, узнать достоверную информацию о надёжности и эффективности солнечных модулей.  В основном завлекают низкой ценой, утверждая, что технические параметры не хуже, чем у остальных солнечных панелей.

Как и при покупке других товаров, покупатели стремятся получить «самое выгодное предложение», зачастую жертвуя качеством за счет цены.

Стремление снизить цену очень понятно, но связанное с этим снижение качества может очень сильно повлиять на эффективность всей вашей системы солнечного электроснабжения. Поэтому мы постарались сделать небольшое руководство для покупателей, которое поможет вам ориентироваться в море информации о солнечных панелях, продающихся на российском рынке.

В данной статье вы узнаете все о различиях монокристаллических и поликристаллических модулей.

Что такое монокристаллические модули?

Это технология, которая привела к революции в фотоэнергетике. Первые коммерческие монокристаллические модули появились в 1950-х годах и являются самыми первыми и самыми «продвинутыми» модулями на современном рынке. Как видно из названия, солнечные элементы сделаны из единого кристалла чистого кремния.

Производители для формирования слитка используют метод Чохральского для постепенного выращивания кристалла кремния из расплава. В качестве «затравки» используется маленький кристалл чистого кремния.

По мере роста кристалла вокруг «затравки», его температура кремния постепенно падает, тем самым формируется кристалл чистого кремния цилиндрической формы.

Процесс производства монокристаллического кремния

Монокристаллические модули можно отличить по их однородному цвету и структуре, что является признаком высокочистого кремния.

Что такое поликристаллические модули?

Кристалл поликремния. Из такого нарезаются прямоугольные слитки, а потом пластины.

Поликристаллические солнечные панели сделаны из солнечных элементов с множеством кристаллов.

Вместо медленного и очень дорогого процесса выращивания единого кристалла, производители просто опускают кристаллическую «затравку» в ванну с расплавленным кремнием и дают ему остыть. При этом формируются разнонаправленные кристаллы, они небольшие и их много.

Из такого большого кристалла нарезаются прямоугольные слитки, а потом из них — пластины. Отсюда и название — мультикристаллические (или поликристаллические, что одно и то же) солнечные элементы. 

Далее процесс аналогичен производству монокристаллических солнечных элементов. На пластинах формируется p-n переход, наносятся электроды и антиотражающее покрытие.

В чем же разница между монокристаллом и поликристаллом?

Разница между монокристаллическими и поликристаллическими элементами (или как их еще часто называют, «ячейками») определяется их производственным процессом.

Монокристаллические солнечные элементы сделаны из единого кристалла. Они более однородны — как по внешнему виду, так и по техническим характеристикам.

  Поликристаллические элементы сделаны из блоков кристаллов кремния, что видно при их ближайшем рассмотрении.

Преимущества:

  • Монокристаллические солнечные модули имеют самый высокий КПД (современные модули имеют КПД до 22%);
  • Монокристаллические модули занимают меньше места, потому что они имеют больший КПД по сравнению с другими типами солнечных модулей;
  • Монокристаллические модули более долговечны — большинство производителей дает как минимум 25 лет гарантии на такие панели. Причем «стареет» в монокристаллической панели не сам кремний, а то, что его окружает — покрытия, пленки, контакты и проч. Сам монокристалл обладает стабильными характеристиками в течение практически всего срока службы;
  • Считается, что монокристаллические модули лучше работают при низкой освещенности. Однако здесь не все так однозначно, и работа при низкой освещенности больше зависит не от типа кристалла, а от качества исполнения солнечного модуля. Здесь действует общее правило — крупный, известный производитель делает более качественные солнечные панели.

Недостатки:

  • Монокристаллические модули дороже поликристаллических;

Основные отличия модулей

Кристаллическая структураВсе кристаллы ориентированы в одном направлении, зерна кристаллов параллельныКристаллы ориентированы в разных направлениях, зерна кристаллов не параллельны
Технология производстваМонокристаллические цилиндры кремния нарезаются на пластины, затем пластины обрезаются до почти квадратной формыПоликристаллические заготовки прямоугольной формы режутся на пластины.
Температуры изготовления1400°C800~1000°C
ФормаПрямоугольная, с обрезанными углами (квазипрямоугольные)Прямоугольные или квадратные, различной формы
Толщина

Сравнение всех видов солнечных батарей их отличия

Солнечные элементы n-типа и p-типа. В чем различие?

В Европе активно развивают альтернативную энергетику, понимая ее безопасность и перспективность такого источника электроэнергии, как солнечные батареи.

Желая организовать отопление жилых зданий ил промышленных за счет энергии земного светила, постройки оснащают именно ими.

Эти устройства год от года становятся более совершенными, увеличивается их КПД, они становятся готовыми к работе в темное время и в малосолнечных областях.

Чтобы не ошибиться с выбором солнечных батарей, нужно знать достоинства каждого вида и отличия, потом что для конкретных климатических зон применяются разные виды таких устройств.

Принцип функционирования

Большая часть этих экологических солнечных устройств в действительности не что иное, как фотоэлектрический преобразователь, у которого на границе p-n перехода возникает эффект электрогенерации.

Основой себестоимости солнечных батарей является стоимость кремниевые пластины. Но, для того, чтобы они служили круглые сутки источником электрической энергии, одних пластин кремниевых недостаточно – придется приобрести оборудование дополнительное и, прежде всего, достаточно дорогие аккумуляторные батареи.

Составляют панель солнечную два кремниевых элемента, отличающиеся по своим свойствам. В одном из них возникает под воздействием света недостаток частиц с отрицательным зарядом –электронов, в другом они присутствуют в избытке.

На каждой из пластин имеются медные полоски, проводящие ток, которые соединяют с преобразователями напряжения.

У солнечной батареи, предназначенной для промышленного применения, есть много фотоэлектрических ячеек, прошедших стадию ламинирования. Они между собой скреплены и закреплены на подложке гибкой или жесткой.

КПД

Эффективность солнечных батарей определяется во многом стадией очистки кремния, который используется в производстве, и ориентацией кристаллов в нем. Эти характеристики и стремятся улучшать разработчики.

Ежегодно значение КПД удается увеличивать (в разных видах на неодинаковую величину), благодаря миллиардным инвестициям, вкладываемым в исследования фотогальванических элементов.

Тем не менее, эффективность остается недостаточной для массового применения солнечных батарей.

Сложности

Основной проблемой является очистка кремния, точнее стоимость этого процесса, а также ориентирование кристаллов в пределах панели в одном направлении.

Могут использоваться для изготовления преобразователей полупроводниковых помимо кремния иные элементы — индий, например. Их применение не сказывается на принципе функционирования — он не меняется.

Типы

Классификация промышленных панелей солнечных происходит по типу рабочего слоя и конструктивным особенностям. Различают панели жесткие и гибкие.

Последние занимают все более широкую нишу благодаря универсальной установке: он и легко устанавливаются на любые поверхности, в том числе на вертикальны – фасады зданий. При этом они совершенно не портят архитектуру, а напротив привносят в не некую изюминку.

Как правило, действительные параметры солнечных батарей несколько ниже заявленных производителем, поэтому, прежде чем выбирать, желательно увидеть воочию уже действующий проект.

По типу фотоэлектрического слоя их подразделяют на:

  • кремниевые. К ним относятся поли — , монокристаллические и аморфные;
  • теллурий-кадмиевые. Их собирают на основе индия, меди и галлия;
  • полимерные;
  • органические;
  • с использованием арсенида галлия;
  • комбинированные и многослойные.

Не все перечисленные виды интересны потребителю, а лишь кристаллические, несмотря на то, что их КПД ниже некоторых других (правда, более дорогих, отчего и менее распространенных).

Процесс изготовления кремниевых конструкций

Для получения солнечных панелей применяют кремний, получаемый при перемалывании кристаллов кварца, огромными запасами которого славится Урал и в Сибирь. Именно из-за безграничных запасов это направление считается очень перспективным. Сегодня за кристаллическими и аморфными панелями почти 80% рынка.

Их легко узнать при визуальном осмотре. В углах элементов хорошо различимы квадратики белого цвета.

Для самих же пластин характерна поверхность однородного синего цвета. Кремний в этом случае требует высокой очистки. Понятно, что технологический процесс по очистке его отличается дороговизной. Затратным является и процесс, результатом которого является ориентирование кристаллов в одном направлении.

Важно: Характеристики рабочего слоя наибольший КПД обеспечивают лишь в случае, когда лучи падают на панели пол прямым углом.

КПД у них достаточно высокий, но и цена тоже самая большая, в сравнении с другими видами пластин.

Солнечным панелям монокристаллическим большой площади необходимы поворотные устройства. В таком виде они считаются идеальным решением для пустынь. Там их производительность наилучшая.

Работать монокристаллические панели не смогут без дополнительного оборудования, способного поворачивать конструкцию вслед за движущимся солнцем, стараясь, чтобы на лучи падали на пластину максимально близко к прямому углу.

Из выращенного в условиях производства кристалла, имеющего вид цилиндра, вырезаются слои. Вот почему у готовых блоков углы скруглены.

Преимущества

  • Высокий КПД – от 17 до 25 процентов;
  • Небольшая площадь для установки;
  • Период эксплуатации достигает 25 и более лет.

Недостатки

Их немного:

  • достаточно высокая цена;
  • небыстрая окупаемость;
  • поверхности панелей слишком чувствительны к различным загрязнениям. Поскольку свет хуже рассеивается на покрытой пылью панели, то и эффективность ее резко падает;
  • необходимость в прямых лучах требует их размещения только на открытых местах и высоко от земли.

Чем область ближе расположена к экватору, тем большее там количество в году солнечных дней. И это вид панелей, использующих энергию солнца, наиболее предпочтительный.

Описание

Все кремниевые устройства слишком реагируют на перегрев. Температура, рекомендуемая для измерения электрогенерации, составляет 25 градусов. Даже при ее увеличении всего на градус производительность уменьшается на 0,5%.

Поликристаллические конструкции также легко определить визуально, поскольку окрас их неравномерный, что связано с разной ориентированностью кристаллов, обеспечивающей высокое КПД в рассеянном свете. Хотя значение его меньше, чем в панелях однонаправленных, в непогоду наибольшей эффективностью отличаются именно они.

Чистота кремния намного ниже, чем у рассмотренных выше, также допускается присутствие примесей и инородных включений. Это снижает себестоимость. Для этого вида панелей металл просто разливается в формы. Затем, используя специальные приемы, формируют кристаллы, направленность которых контролировать не нужно.

Остывший кремний режут на слои, обрабатывая их по специальному алгоритму.

Эти батареи не нуждаются в непрерывном ориентировании на солнце, следовательно, для их установки пригодны крыши зданий.

Достоинства аморфного кремния в полной мере раскрываются в тени и с наступлением облачных дней и практически незаметны в солнечную погоду.

Не нужны им и поворотные механизмы, поскольку крепятся они стационарно.

Стоит такая разновидность панелей меньше, чем ориентированные. Эффективность их падает на 20% после 20-летнего использования.

Органические аналоги и полимерные

Это самые новые разработки, появившиеся в последнее время – органические панели, которые отличаются абсолютной безопасностью для экологии и недорогим производственным процессом. Успехов в этом направлении удалось достичь больших.

Среди европейских компаний, успехом наибольшим похвастаться может фирма Heliatek, оснастившая своими пленочными конструкциями, у которых толщина всего миллиметр, ряд зданий. Их КПД находится в пределах 14-15%, цена же ниже в разы, чем у аналогов кристаллических.

Какой же панели отдать предпочтение?

Для загородных коттеджей не трудно выбрать батарею, если он находится на широте 45-60. И выбирать здесь нужно из кремниевых моно- и поликристаллических видов.

При недостаточности места рекомендуется выбрать первые, при отсутствии ограничений площади – вторые.

Производителя, мощность, способную решить все проблемы, оборудование дополнительное рекомендуется выбирать с менеджерами, занимающимися продажей и монтажом данного оборудования.

: ABC-Solar — Виды солнечных панелей

: Поликристаллическая солнечная панель против монокристаллической.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.