Солнечные фотоэлектрические панели


      Сегодня более 2 миллиардов людей на планете до сих пор зависят от дров, газа и керосина для приготовления пищи и обогрева помещений. Эти источники топлива, а также отсутствие доступа к электричеству, приводят к значительным негативным последствиям для здоровья, окружающей среды и экономического развития.


      В настоящее время внедрение альтернативных источников энергии, автономных и децентрализованных, во многих странах более выгодно, как с экономической, так и с экологической точки зрения. Ископаемое топливо становится источником энергии вчерашнего дня, которое не может обеспечить устойчивое развитие человечества в долгосрочной перспективе. Сегодня в будущее смело заглядывают другие формы энергии, одна из которых – ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА.


      Восточная Европа – солнечный регион, поэтому применение солнечных фотоэлектрических панелей здесь, особенно актуально.


      Солнечная фотоэлектрическая система - это солнечная электростанция, в которой используется способ прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую. Установка состоит из набора солнечных модулей - панелей, размещаемых на опорной конструкции или крыше жилого доме, аккумуляторной батареи, регулятора заряда-разряда аккумулятора, и инвертора, на случай, когда необходимо иметь напряжение переменного тока.


      Солнечные панели являются основным компонентом для построения фотоэлектрических систем. Собираются они из отдельных солнечных элементов, принцип работы которых построен на основе явления внутреннего фотоэффекта в полупроводниках. В фотоэлектрических преобразователях солнечной энергии используется кремний с добавками других элементов, образующих структуру с р-n-переходом. Причём толщина полупроводника не превышает 0,2–0,3 мм.


      Так же можно выделить 2 типа фотоэлектрических систем: автономные и соединенные с электрической сетью. Станции второго типа отдают излишки электрической энергии в сеть, которая служит резервом в случае возникновения внутреннего дефицита электрической энергии. Например, установка для дачного домика может, состоять из двух фотоэлектрических панелей общей мощностью 100 ватт и аккумуляторной батареи на 100 ампер/часов. Такое устройство может вырабатывать достаточно энергии для освещения, работы телевизора, маленького холодильника и насоса для полива.


    Солнечные фотоэлектрические системы обладают рядом преимуществ:

  • Их работа механически очень проста, нет вращающихся частей и не нужно эксплуатационного обслуживания, кроме периодической очистки поверхности солнечных панелей.
  • Солнечные панели вырабатывают электричество, которое может запасаться в аккумуляторных батареях и использоваться в зависимости от емкости аккумуляторной батареи.
  • Выработка электрической энергии фотоэлектрическим процессом совсем бесшумна и не производит никаких углекислотных и других токсических испарений.
  • Фотоэлектрические солнечные панели незаменимы в труднодоступных и удаленных районах, где прокладывание линий электропередач экономически невыгодно.

      Кремний, из которого изготовляются солнечные элементы, называют "нефтью 21-го столетия". Расчеты показывают, что солнечный элемент с КПД 15 %, на которые пошел 1 кг кремния, за 30 лет службы могут произвести 300 МВтч электроэнергии. Равное количество электроэнергии можно получить, израсходовав 75 т нефти (с учетом КПД теплоэлектростанций 33 % и теплотворной способности нефти 43,7 МДж/кг). Таким об разом, 1 кг кремния оказывается эквивалентен 75 т нефти.


    В зависимости от того, каким образом организованы атомы кремния в кристалле, солнечные элементы делятся на виды:

  • Солнечные элементы из монокристаллического кремния
  • Солнечные элементы из поликристаллического кремния
  • Солнечные элементы из аморфного кремния

Солнечные модули из монокристаллического кремния

Монокристаллические элементы имеют наивысшую эффективность преобразования энергии. Основной материал -крайне чистый кремний, из которого изготовлены монокристаллические солнечные панели, хорошо освоен в области производства полупроводников.

Эти диски подвергаются ряду производственных операций, таких как:

  • обтачивание, шлифовка и очистка;
  • наложение защитных покрытий;
  • металлизация;
  • антирефлексионное покрытие.

КПД солнечной панели на основе монокристаллического кремния составляет 14-17%.


Солнечные модули из поликристаллического кремния

Поликристаллический кремний развивается, когда кремниевый расплав охлаждается медленно и находится под контролем. При производстве поликристаллических панелей операция вытягивания опускается, оно менее энергоемкое и значительно дешевле. Однако внутри кристалла поликристаллического кремния имеются области, отделенные зернистыми границами, вызывающие меньшую эффективность элементов.

КПД солнечной панели на основе поликристаллического кремния составляет 10-12%.

Солнечные модули из аморфного кремния

Аморфный кремний получается при помощи «техники испарительной фазы», когда тонкая пленка кремния осаждается на несущий материал и защищается покрытием. Эта технология имеет ряд недостатков и преимуществ:

  • процесс производства солнечных панелей на основе аморфного кремния относительно простой и недорогой;
  • возможно производство элементов большой площади;
  • низкое энергопотребление.

Однако:

  • эффективность преобразования значительно ниже, чем в кристаллических элементах;
  • элементы подвержены процессу деградации.