Солнечные фотоэлементы, модули, панели, батареи.
Ниже постараемся в доступной форме для неподготовленного лица дать информацию о фотоэлементах.
Основой солнечной энергосисемы являются солнечные батареи, состоящие из множества солнечных модулей ( солнечных панелей), которые в свою очередь состоят из солнечных элементов на основе полупроводниковых материалов. Солнечные элементы (фотоэлементы) преобразуют энергию солнечного света в электрическую. Их объединение на одной несущей поверхности (подложке) образует солнечный модуль (панель). Солнечные элементы отличаются:
- 1) по виду собиранию энергии на единицу площади: единичные (PV-Модули)- имеют широкое распространение, производятся по всему миру , концентраторные (CPV-Модули и HCPV-Модули). Единичные отличаются от концентраторных тем, что в концентраторных имеются дополнительно концентрирующие световые устройства (линзы френеля, зеркала, иногда с двойным отражателем и т.д.), которые в несколько раз увеличивают плотность светового потока на поверхности солнечных фотоэлементов.
Фото с единичными модулями (PV-Модули) рис 1.
Концентрация светового потока линзой френеля на солнечный фотоэлемент см.ниже (рис.2).
Рис 2.
Солнечные модули на линзах френеля ниже (рис.3).
Рис 3
. Мировым лидером в производстве таких элементов является американская компания АMONIX см. фото HCPV-Модулей, установленных на солнечном трекере AMONIX на рис. 4-5 ниже:
Рис.4
Рис.5
(еще фотографии смотрите на нашем сайте в разделе ФОТО).
В России разработкой CPV элементов занимается институт Йоффе. Коэффициент собирания (suns)-основная хараетеристика CPV-Модуля, показывающая, во сколько раз увеличивается плотность потока излучения после оптического собирания его на фотоэлементе
- 2) по кристаллическому составу поглощающего материала фотоэлементы бывают: монокристаллические, мультикристаллическите, поликристаллические, микрокристаллические, нанокристаллические. Монокристаллические состоят из целого кристалла полупроводника. Мульти, поли, микро, нанокристаллические имеют в качестве поглотителя смесь полупроводниковых кристаллов (кристаллит) с различной ориентацией, формой и структурой. Мультикристаллические - размер кристаллитов от 1 до 100мм; Поликристаллические – размер кристаллитов от 1 до 1000мкм; Микрокристаллические – размер кристаллитов до 1 мкм; Нанокристаллические – менее 1 нм.
- 3) по толщине и структурам слоев
- 4) по химическому составу поглощающего материала.
- 5) по толщине светопоглощающего материала: Тонкоплёночные (толщина несколько мкм); Толстоплёночные (толщина – десятки-сотни мкм). Нет смысла далее вдаваться в специальные термины, понятия, технологии изготовления солнечных элементов, у разных производителей они свои, а рядовому потребителю эти знания необязательны. Поэтому от фотоэлемента перейдем к солнечному модулю (солнечной панеле). Солнечные модули могут быть с рамкой и без неё, а так же могут быть на гибкой основе. Потребитель выбирает модуль исходя из задачи: где и как его установить. Если вы монтируете модули на крыше здания, то рамка нужна как часть крепежной конструкции, если солнечный модуль будет входить в состав конструкции фасада здания, то рамки не надо, так как конструктив фасадной конструкции не предусматривает рамки, и т.д.
Солнечные панели отличаются по видам несущего и защитного материала:
1. Стекло-Стекло
2. Стекло-Пленка
3. Пленка-Стекло-Пленка
В первом случае солнечные фотоэлементы располагаются между двумя стеклами. Это самый надежный и защищенный конструктив солнечной панели. Как правило, такие панели ударопрочны, меньше подвержены загрязнению и разрушению. Основной недостаток - большой вес. Во втором и третьем случае фотоэлементы находятся на несущем стекле и ламинируются с фронта или тыла, или с двух сторон специальной защитной пленкой. Эти панели легче, Но существует вероятность отслоения пленки и нарушение герметичности защитного слоя из-за механических воздействий. Вес солнечного модуля имеет значение при установке его на солнечные трекеры. Для увеличения ресурса механических элементов солнечного трекера общий вес конструкции должен быть меньше. Защитные пленки, кроме того, выполнены таким образом, чтобы максимально собрать световой поток на фотоэлемент под ними. У каждого производителя они свои.
Теперь опишем на что обратить внимание при приобретении солнечных панелей.
Основной, конечно же, параметр - КПД. Это отношение мощности выработанной электрической энергии солнечным модулем или панелью к мощности солнечного света, падающего на модуль (панель). Чем больше КПД, тем лучше.
Для PV-Модулей КПД -18-19%
Для CPV-Модулей КПД – до 30%
Для HCPV –Модулей КПД 40% и выше
Существуют модули и с большим КПД (Многослойные), но их мы не рассматриваем из-за дороговизны на порядки.
В этом случая стоимость панели определяющий фактор при выборе солнечной панели, так как с ростом КПД цена сильно увеличивается. На КПД влияет много факторов, связанных с технологией изготовления даже однотипных модулей. Важно, какой частотный спектр излучения преобразует модуль. Чем шире спектр, тем больше КПД, или же, преобразование более коротких волн дают больше прибавки к выработке. Знание спектра важно при выборе панелей для прогнозирования поведения электростанции в пасмурную, дождливую погоду, при плохой освещенности и, наоборот, при очень сильном световом потоке зимой, когда выработка модуля возрастает и становится больше летних значений. Солнечные модули работают в связке с другим электронным оборудованием солнечной электростанции, поэтому приходится учитывать все факторы и особенности их работы для достижения оптимального баланса. Чем больше КПД, тем меньше размеры солнечной панели. Это важно когда есть ограничения по площадям. Но если у заказчика нет ограничения по площади размещения станции, а в вашем регионе проблемы с освещенностью, то есть смысл приобрести солнечные панели с меньшим КПД (большего размера), но хорошо работающие в условиях затенения, соответственно, подобрав необходимую электронику именно для такого комплекта. Поэтому при выборе электростанции подбор оборудования должен осуществляться специалистом, основываясь на данных, предоставленных клиентом, с учетом особенностей местности, географии, потребностей и возможностей клиента.
Студёнов Юрий Борисович (Компания ЮСТ, Пенза) 21.03.16