Сонячні фотоелектричні панелі


      Сьогодні більше 2 мільярдів людей на планеті досі залежать від дрів, газу і гасу для приготування їжі і обігріву приміщень. Ці джерела палива, а також відсутність доступу до електрики призводять до значних негативних наслідків для здоров'я, довкілля і економічного розвитку.


      Нині впровадження альтернативних джерел енергії, автономних і децентрализованих, в багатьох країнах вигідніше, як з економічної, так і з екологічної точки зору. Викопне паливо стає джерелом енергії вчорашнього дня, яке не може забезпечити стійкий розвиток людства в довгостроковій перспективі. Сьогодні в майбутнє сміливо заглядають інші форми енергії, одна з яких - ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ.


      Східна Європа - сонячний регіон, тому застосування сонячних фотоелектричних панелей тут, особливо актуально.


      Сонячна фотоелектрична система - це сонячна електростанція, в якій використовується спосіб прямого перетворення енергії сонячного випромінювання в електричну. Установка складається з набору сонячних модулів - панелей, що розміщуються на опорній конструкції або даху житлового будинку, акумуляторної батареї, регулятора заряду-розряду акумулятора, і інвертора, на випадок, коли необхідно мати напругу змінного струму.


      Сонячні панелі є основним компонентом для побудови фотоелектричних систем. Збираються вони з окремих сонячних елементів, принцип роботи яких побудований на основі явища внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках. У фотоелектричних перетворювачах сонячної енергії використовується кремній з добавками інших елементів, що утворюють структуру з р-n -переходом. Причому товщина напівпровідника не перевищує 0,2-0,3 мм.


      Так само можна виділити 2 типи фотоелектричних систем : автономні і сполучені з електричною мережею. Станції другого типу віддають надлишки електричної енергії в мережу, яка служить резервом у разі виникнення внутрішнього дефіциту електричної енергії. Наприклад, установка для дачного будиночка може, складатися з двох фотоелектричних панелей загальною потужністю 100 ватів і акумуляторної батареї на 100 ампер/годинника. Такий пристрій може виробляти досить енергії для освітлення, роботи телевізора, маленького холодильника і насоса для поливу.


    Сонячні фотоелектричні системи мають ряд переваг :

  • Їх робота механічно дуже проста, немає частин, що обертаються, і не треба експлуатаційного обслуговування, окрім періодичного очищення поверхні сонячних панелей.
  • Сонячні панелі виробляють електрику, яка може запасатися в акумуляторних батареях і використовуватися залежно від місткості акумуляторної батареї.
  • Вироблення електричної енергії фотоелектричним процесом зовсім безшумне і не робить ніяких углекислотних і інших токсичних випарів.
  • Фотоелектричні сонячні панелі незамінні у важкодоступних і видалених районах, де прокладення ліній електропередач економічно невигідно.

      Кремній, з якого виготовляються сонячні елементи, називають "нафтою 21-го століття". Розрахунки показують, що сонячний елемент з ККД 15 %, на які пішов 1 кг кремнію, за 30 років служби можуть зробити 300 МВтч електроенергії. Рівну кількість електроенергії можна отримати, витративши 75 т нафти (з урахуванням ККД теплоелектростанцій 33 % і теплотворній здатності нафти 43,7 МДж/кг). Таким про разом, 1 кг кремнію виявляється еквівалентний 75 т нафті.


    Залежно від того, яким чином організовані атоми кремнію в кристалі, сонячні елементи діляться на види:

  • Сонячні модулі з монокристалічного кремнію
  • Сонячні елементи з полікристалічного кремнію
  • Сонячні елементи з аморфного кремнію

Сонячні модулі з монокристалічного кремнію

Монокристалічні елементи мають найвищу ефективність перетворення енергії. Основний матеріал - вкрай чистий кремній, з якого виготовлені монокристалічні сонячні панелі, добре освоєний в області виробництва напівпровідників.

Ці диски піддаються ряду виробничих операцій, таких як:

  • обточування, шліфовка і очищення;
  • накладення захисних покриттів;
  • металізація;
  • антирефлексионне покриття.

ККД сонячної панелі на основі монокристалічного кремнію складає 14-17%.


Сонячні модулі з полікристалічного кремнію

Полікристалічний кремній розвивається, коли кремнієвий розплав охолоджується повільно і знаходиться під контролем. При виробництві полікристалічних панелей операція витягування опускається, воно менш енергоємне і значно дешевше. Проте усередині кристала полікристалічного кремнію є області, відокремлені зернистими межами, такі, що викликають меншу ефективність елементів.

ККД сонячної панелі на основі полікристалічного кремнію складає 10-12%.


Сонячні модулі з аморфного кремнію

Аморфний кремній виходить за допомогою "техніки випарної фази", коли тонка плівка кремнію осідає на матеріал, що несе, і захищається покриттям. Ця технологія має ряд недоліків і переваг :

  • процес виробництва сонячних панелей на основі аморфного кремнію відносно простий і недорогий;
  • можливе виробництво елементів великої площі;
  • низьке енергоспоживання.

Проте:

  • ефективність перетворення значно нижча, ніж в кристалічних елементах;
  • елементи схильні до процесу деградації.