Гибкие солнечные батареи виды и свойства солнечных панелей

Принцип функционирования

Главная составляющая подобных экологичных солнечных устройств в реальности не что иное, как фотоэлектрический преобразователь, у которого на границе p-n перехода возникает эффект электрогенерации.

Как устроены и где используются гибкие солнечные панели?

Крупногабаритные, с меньшим КПД, солнечные батареи ушли в прошлое. Современным моделям не понадобится слишком много солнечного света, а сами конструкции стали легкими, гибкими, мобильными, их можно свернуть в трубку и взять с собой в поход.
Для увеличения КПД современные технологии предоставляют возможность отпускать многослойные полупроводниковые конструкции. Каскадное строение панели позволяет преобразовывать отраженный свет пару раз, что доводит их способность к труду фактически до кристаллических вариантов.
Не смотря на то что устройство выглядит достаточно легко, для подачи тока в сеть необходимы дополнительные составляющие:

Аккумулятор, накапливающей энергию. Он требуется при перепаде напряжения.
Инвертор, переводящий постоянный ток в переменный.
Система для корректировки заряда аккумулятора.

Гибкие гелиомодули имеют свои особенности:

Тонкая податливая структура батарей дает возможность использовать их на неповторимых типах поверхности.
Имеют масштабный уровень оптического поглощения фотонов, это повышаюту их КПД.
Гибкие батареи как правило будут работать даже в облачную погоду, что говорит о высокой производительной выработке.
Очень важен такой способ энергии в жарком климате, там, где гелиомодули получают слишком много солнечных лучей.
Особо высокую продуктивность солнечные панели показывают на больших гелиокомплексах.

Гибкая солнечная панель, за счёт своей мобильности, имеет преимущества над другими видами батарей.
К ее достоинствам относится:

Надежность изделия обеспечена мерами, предохраняющими от механического разрушения, воздействия влаги. Маленький вес и пристойная площадь позволяет панели оставаться невредимой при падении с многометровой высоты. Большинство конструкций оснащены чехлами.
Ультратонкая панель имеет небольшую массу, 6-ваттная батарея весит менее 300 грамм, тогда как кристаллическая аналогичных же критериев – на 100 г больше.
Эффективность работы пленочных моделей составляет 15%, кристаллических – 20%. Но в пересчете КПД на массу тела, солнечная панель имеет преимущества.

К недостаткам можно отнести цену, которая превышает стоимость жёсткой батареи. Пока еще не повышенный спрос держит ценовой политике. Постепенно ситуация в этом отношении будет улучшаться.
Устройства, преобразующие свет в электрический ток, давно нашли свое применение. Гибкие солнечные панели выполняют жизнь легче людей во многих сферах деятельности, от бытового уровня до космических разработок.
При архитектурной отделке домов гибкие панели ставят на крышах и в окнах зданий. Стекло «триплекс» с функционалом солнечной генерации собирает энергию света, не нарушая прозрачность окон и делает приятный климат в помещении. В помещениях, где установлены окна из триплекса, можно обходиться без кондиционера.
Небольшой вес панелей делает их распространенными в самолетостроении, ими оснащают электрические машины, лодки, аэростаты. Нашли свое применение гибкие конструкции в военном деле, судостроении, кинематографе, их применяют работники полиции и МЧС.

Фотопанели на основе аморфного кремния нашли свое применение на космических станциях, с учетом малого веса, их легко доставить на околоземную орбиту, а энергоемкость подобных конструкций в пять раз превышает кристаллические варианты. Удобно использовать солнечные панели на объемных гелиостанциях, где много свободного места для их локации.
Одним из важных критериев выбора являются климатического условия местности, в которой будут установлены гелиопанели. Учитывается кол-во солнечных деньков в году и длина самого дня. Исходя из данных данных, определяется мощность электроэнергии, которую должна вырабатывать батарея в час или сутки.

Для районов севера подходит текстурированное стекло, оно очень хорошо управится с работой даже в пасмурные дни.
Модули из микроморфного кремния не просят точной ориентации на солнечных лучах, их общаяя годовая мощность превосходит другие тонкопленочные батареи.
На них часто свой выбор останавливают жители районов с маленькой освещенностью.
Выбирая модуль для дома, необходимо продумать, какие электроприборы будут востребованы, хватит ли для них мощности планируемой покупки.

При покупке учитывается вид конструкции, материал, толщина фотоэлемента, производитель модуля – все это сказывается на цене, качество и длительность работы. Абсолютно не нужно переплачивать за заграничные торговые марки, хорошо себя проявили модули российского производства, которые рассчитаны на наши климатического условия.
Для расчета количества модулей, необходимо учитывать, что семья из 4 человек, ориентировочно, потребляет 200–300 кВт электроэнергии на протяжении месяца. Солнечные панели вырабатывают с одного квадратного метра примерно от 25 Вт до 100 Вт в день.
Для полнейшего удовлетворения дома в потребностях электричества, понадобится 30–40 секций. Оснащение солнечными батареями обойдется семье около 10 тысяч долларов.
Устанавливать панели следует на юг крыши, куда попадает слишком много солнечных лучей.

Чтобы определиться с выбором, стоит понять, какой вид модуля лучше подойдет покупателю:

Монокристаллические фотоэлементы стоят 1,5 доллара за Вт. Они имеют меньшие размеры и более эффективны, чем другие виды подобных батарей.

Их общее покрытие места занимает очень мало. Учитывая мощность и качество, лучше осуществить выбор в их пользу. Только одним минусом считается значительная стоимость.

Поликристаллические батареи стоят 1,3 доллар за Вт. По мощности они уступают монокристаллическим, но и оцениваются дешевле.

Недорогие возможности привлекают потребителей, к тому же новейщие разработки подобных батарей сильно приблизили их КПД к монокристаллическим аналогам.

Солнечные тонкопленочные панели имеют меньше мощности на один квадратный метр, чем предыдущие модели.

Ситуацию выравнивает появление на рынке модулей из микроморфного кремния. Они вырабатывают хорошую общую мощность за годовой временной отрезок, прекрасно себя проявили в работе видимого и инфракрасного спектра. Для них не важна повадка к лучам солнечного света. Срок эксплуатации батарей составляет 25 лет. Модули имеют недорогую производственную технологию, это повлияло на их стоимости – 1,2 доллара за Вт.

Представляет растущий интерес собой гибридная панель, так как она генерирует тепловую и электрическую энергию. Конструкция соединяет в себе коллектор тепла и детали фотоэлектрической батарее.

По описанию солнечных батарей видно, что для территорий с маленькой освещенностью больше подойдут панели микроморфного кремния, районы юга могут воспользоваться поликристаллическими батареями. Для тех, кто не стеснен материально, отличным выбором станут более мощные монокристаллические фотоэлементы.
Сегодня еще остаются претензии к гибким солнечным панелям, но завтрашний день, несомненно, за ними. Их активное усовершенствование приводит к уменьшению стоимости, они уверенно вытесняют кристаллические аналоги из промышленной и бытовой сферы деятельности человека.
Обзор гибкой солнечные батареи смотрите в следующем видео.
Сегодня бесплатная электроэнергия становится объектом заинтересованности людей в любой стране на планете Земля. Нефть, газ и другие углеводороды остаются главными энергетическими источниками, строятся новые АЭС. Но о дешовый электрической энергии пока Остаётся только мечтать.

Важным шагом в этом направлении стали чистые в экологическом плане источники энергии. Если до этого времени их применяли только в высокотехнологичных сферах (космонавтика и т. п.) преимущественно государством. Теперь ситуация начинает меняться. В частных домах вовсю появляются «ветроустановки» и солнечные батареи.
Профессионалы выполняют ставку на использование энергии солнца и ветра. В настоящий момент солнечные батареи вводятся во все новые области народного хозяйства. Их конструкция постепенно претерпевает некоторые изменения.

А именно, появляются гибкие солнечные панели, о которых мы поговорим в этом материале.
Преобразование энергии солнца в электрическую люди изучили очень давно, но коммерческие образцы солнечных панелей появились на рынке лишь теперь. Ещё несколько десятков лет назад они использовались только в космонавтике или военной сфере.
Сейчас выпущено много устройств, которые функционируют от солнечной энергии. Вот например можно привести калькуляторы, аккумулятор для телефона с солнечной панелью, солнечная батарея для зарядки автомобильной АКБ, разные водонагреватели и отопительные системы частных домов.
Самые первые солнечные батареи были тяжёлыми и крупногабаритными. Кроме того, у них был небольшой КПД. Но постепенно конструкция совершенствовалась, размеры уменьшались, а результативность росла. Сейчас им уже не понадобится очень большой солнечный свет для выработки электричества. После появились гибкие солнечные батареи, что стало приличным прорывом в области чистых в экологическом плане источников энергии.
Гибкая панель – это полупроводниковый слой, который напылён на тонкую подложку. Современные образцы имеют толщину около 1 микрометра. При этом по продуктивности они примерно соответствуют простым кристаллическим моделям. В первую очередь такие батареи производились на базе аморфного кремния. После начали использовать:

диселениды медь-индий, медь-галлий;
теллуриды и сульфиды кадмия;
полимерные соединения.

Чтобы увеличить результативность эластичных панелей производители используют конструкцию из пары слоев. В аналогичных полупроводниковых модулях происходит отражение света и его преобразование происходит пару раз.

На грубую силу они не рассчитаны, но поход или туристическую поездку переносят легко. Какие характерные особенности имеют гибкие солнечные модули? Можно назвать такие:

Есть возможность использования на криволинейной поверхности;
Вырабатывают электричество даже в облачную погоду. Иначе говоря имеют высокую общую производство энергии;
Продуктивны на юге;
Масштабный уровень оптического поглощения солнечных лучей. Иначе говоря более полное усвоение и переработка солнечной энергии;
Хорошо работают в составе мощных гелиоустановок. По этому в первую очередь гибкие панели применяли на больших гелиостанциях.

Устройство

Составляют панель солнечную два кремниевых элемента, выделяющиеся по своим тонкостям. В одном из них возникает под воздействием света недостаток частиц с отрицательным зарядом –электронов, в другом они присутствуют в избытке.
У солнечные батареи, нужной для применения в промышленной сфере, есть много фотоэлектрических ячеек, прошедших стадию ламинирования. Они между собой скреплены и закреплены на подложке гибкой или жёсткой.

Процесс производства кремниевых конструкций

Для получения солнечных панелей применяют кремний, получаемый при перемалывании кристаллов кварца, слишком высокими запасами которого слывет Урал и в Сибирь. Собственно из-за безграничных запасов это направление считается очень многообещающим. Сегодня за кристаллическими и аморфными панелями фактически 80% рынка.

Описание

Для самих же пластин характерна поверхность однородного синего цвета. Кремний в подобном случае просит высокой чистки. Ясно, что тех. процесс по очищению его отличается высокой ценой. Расходным считается и процесс, результатом которого является ориентирование кристаллов в одном направлении.
Важно: Характеристики слоя для работы очень большой КПД представляют лишь в случае, когда лучи падают на панели пол прямым углом.

КПД у них самый высокий, впрочем и цена тоже довольно высока, в сравнении с другими видами пластин.

Солнечным панелям монокристаллическим большой площади необходимы поворотные устройства. В таком виде они счтаются самым лучшим решением для пустынь. Там их эфективность наилучшая.
Из выращенного в условиях производства кристалла, содержащего вид цилиндра, вырезаются слои. Вот почему у готовых блоков углы скруглены.

Преимущества

Большой коэффициэнт полезного действия – от 17 до 25 процентов;
Небольшая площадь для установки;
Срок эксплуатации достигает 25 и более лет.

Минусы

очень велика стоимость;
медлительная окупаемость;
поверхности панелей слишком чувствительны к самым разнообразным загрязнениям. Так как свет хуже рассеивается на покрытой пылью панели, то и результативность ее резко падает;
необходимость в прямых лучах просит их локации только на открытых местах и высоко от земли.

Чем область ближе расположена к экватору, тем большее там кол-во в году солнечных деньков. И это вид панелей, применяющих энергию солнца, наиболее предпочтительный.
Характерной особенностью аналогичных конструкций является их высокая производительность даже при воздействии рассеянного света. В течение года общаяя мощность таких устройств на 15% превышает кремниевые аналоги. В этом заключаются их явные преимущества.

На определенном этапе, в зависимости от площади, тонкопленочные солнечные батареи начинают преобладать над другими типами модулей. При неприятной погоде они будут работать значительно эффектно, также как и при высокой температуре в жару, как и планировал изобретатель. Благодаря физическим свойствам такие изделия часто применяются в отделке декора фасадами зданий и в других решениях от дизайнеров. Аналитики предрекают, что это солнечные батареи грядущего.
Важным конструктивным решением считается нанесение тонкой пленки на цилиндрические поверхности. В качестве такого цилиндра применяется стеклянная трубка, которая после нанесения фотоэлемента помещается внутрь другой трубки. Вторая трубка имеет больший диаметр и к ней подведены электрические контакты.

Благодаря цилиндрическому исполнению, пленочные солнечные батареи съедают большое количество света, а 40 деталей свободно размещаются на площади 2 м2. Они стойки к сильным порывам ветра и могут свободно ставиться на крышах.

Сейчас плёночные конструкции оснащаются различными типами каскадных элементов, обладающих многослойной структурой. Вместо одного, в них существует несколько р-п переходов, что в большой мере увеличивает результативность аналогичных модулей. В результате, электрическая энергия, генерируемая панелями, понижает свою отпускная цена вдвое относительно кремниевых элементов. На всей территории плёнки с тремя переходами КПД составляет 31%, а при пяти переходах это значение может достичь 43%.

Благодаря постоянному развитию технологий, тонкопленочные солнечные батареи в скором времени станут доступными для большинства жителей. Они будут не только дешевыми, но и великолепными.
В процессе развития производства эластичных световых батарей, изготовители пришли к применению метода ламинирования. Применение этого варианта, позволило сделать технологии изготовления достаточно обыкновенными. В результате, была достигнута довольно надежная стабильность контакта между основными элементами солнечные батареи.

Гибкая солнечная батарея, выполненная методом ламинирования
Непосредственно заводской производственный процесс делиться на 4-ре этапа:

Внешние просвечивающиеся пленки, покрывают тончайшим слоем проводника, в виде его выступают как индий, так и оксид олова;
Дальше, на одну из нескольких пленок наносят карбонат цезия;
Иным шагом, идет слой состава клея, имеющий проводящие характеристики;
И, напоследок, выполняют склеивание или ламинирование полученных частей, сделать это можно только влиянием температуры и высокого давления;

К сегодняшнему дню, процессы разработок в возобновляемой энергетике, двигаются в сторону увеличения коэффициента полезного действия солнечных батарей. Могут достигать подобного результата при помощи использования в изготовлении элементов материалов нового поколения. На сегодняшнем этапе развития производства солнечных элементов, основные надежды возлагаются на материал с наименованием графен. Батареи, созданные с применением графена, представляют довольно высокие результаты КПД.

Углеродный наноматериал Графен, который применяется в изготовлении эластичных солнечных батарей
Обыкновенные электрические батареи на солнечной энергии, имеют большую эфективность в сравнении с гибкими, это результат использования в процессе производства кристаллического кремния.

Поликристаллические

Описание

Все кремниевые устройства слишком реагируют на перегрев. Температура, рекомендованная чтобы провести измерения электрогенерации, составляет 25 градусов. Даже при ее увеличении всего на градус эфективность уменьшается на 0,5%.

Чистота кремния намного ниже, чем у рассмотренных выше, тоже допускается присутствие примесей и инородных включений. Это понижает отпускная цена. Для этого вида панелей металл просто разливается в формы. После, используя особенные приемы, формируют кристаллы, тенденция которых контролировать не нужно.
Остывший кремний режут на слои, декорируя их по специальному алгоритму.
Достоинства аморфного кремния полностью раскрываются в тени и с пришествием облачных дней и практически невидимые в замечательную погоду.

Не нужны им и поворотные механизмы, так как крепятся они стационарно.
Стоит такая разновидность панелей меньше, чем ориентированные. Результативность их падает на 20% после 20-летнего использования.

Минусы

Они, ясно, есть:

Более низкий КПД;
Необходимо пристойная площадь для монтажа.

В настоящий момент, благодаря новым исследованиям и появляющимся технологиям, КПД регулярно возрастает и у некоторых панелей достигает 20%.

Солнечные батареи на основе кремния

Очень большой популярностью пользуются детали, основой которых является моно-кристаллический кремний. Производство делается методом литья, а новые технологии дают возможность получать полностью чистейшие кристаллы кремния. Твердение расплава происходит одновременно с кристаллической затравкой.
В процессе охлаждения и застывания появляются цилиндрические монокристаллы, их диаметр может составлять от 13 до 20 см, а длина – 2 м. Стержни разрезаются на отдельные части. Толщина каждого кружка выдерживается в пределах 0,2-0,4 мм. Из данных кружочков появляются ячейки. Для одной панели их подобающее кол-во составляет 36 единиц.
Самые качественные кристаллы позволяют увеличить КПД до 19%. В аналогичных монокристаллах атомы сориентированы таким образом, что подвижность электронов ощутимо возрастает. Весь кремний пронизан сеткой выполненного из металла, выполняющей функцию электродов. Для установки панели предусматривается алюминиевая рамка, после чего модуль закрывается противоударным защитным стеклом. Полученная поверхность бывает черного или мрачно синего цвета.

Монокристаллические кремниевые солнечные батареи выделяются надежностью и долговечностью. Расчетный срок эксплуатации составляет 50 лет. Отсутствие двигающихся деталей существенно облегчает монтаж. Они используются в районах с большим количеством солнечных деньков, где обычное энергоснабжение работает с перебоями. Высокая эффективность панелей определяется их высокой ценой. В большинстве случаев их использование выгодно с точки зрения экономии и лучше.
В гораздо дешевых батареях применяется мультикристаллический кремний, в его состав входят различные монокристаллические решётки, собранные в случайном порядке. Срок эксплуатации таких устройств предполагается не более 25 лет, а их КПД и цену поменьше, чем у классических панелей.

Существует еще один вариант солнечных батарей, в которых использовались детали поликристаллического кремния. Он также отличается небольшой стоимостью, а его кристаллы будут в агрегатном состоянии, обладают различной формой и ориентацией. В отличие от монокристаллов, они окрашены в собственный ярко синий цвет. Производство таких элементов постоянно становиться лучше и сейчас их параметры лишь несущественно выделяются от лидирующих конструкций.
Производство поликристаллов делается путем медленного охлаждения кремниевой субстанции. Процесс производства быстрый и дешовый, однако КПД аналогичных панелей выходит достаточно низким. Причина состоит в образовании внутренних поликристаллов, уменьшающих результативность батарей.

Описание

Механизм их изготовления полностью иной, чем у кристаллических фотоэлементов. Для них используется гидрид вместо чистого кремния. Его греют до парообразного состояния. Когда пары могут достигать подложки, они осаждаются на ней. Затраты на изготовления становятся меньше, а кристаллы не появятся (в понимании классическом).
Разработано уже 3 поколения аналогичных панелей, анализ показателей которых даёт право говорить о растущем КПД. Первые образцы отличались эффективностью, едва достигавшей 5%, у второго поколения это значение достигало 9, а у новых разработок это уже 12%. Их уже можно встретить в продаже, впрочем цена на них пока остается высокой.

Благодаря особой структуре, точно такие же солнечные панели максимально съедают энергию в не сильном рассеянном свете, по этому успешно применяются они в районах севера, где практически нет солнца и имеются достаточно высоки свободные площади.
Важно: на эффективности работы аналогичных батарей не вырисовывается температурное увеличение, хотя в сравнении с панелями на основе арсенида галлия, она ниже.

Преимущества

гибкая база, упрощающая монтаж и расширяющая область использования;
в рассеянном свет большой коэффициэнт полезного действия;
стабильность при высокой температуре;
устойчивость к повреждениям механического характера;
независимость от грязи.

При правильной эксплуатации они служат не менее 20 лет, за которые снижение мощности составляет 15-20.

Минусы

Не считая кремниевых, производятся панели, в их основе лежат редкие, значит, дорогие металлы. КПД подобных конструкций превышает 30%, а цена больше во много раз стоимости кремниевых. И, не смотря на это, свою нишу на рынке они успели занять.
А а все потому, что даже при пайке на ровной плоскости детали не пиленые могут просто расколоться, Что уж говорить про пиленые части целого элемента. Я уже со счета сбился сколько я протестировал разных гнущихся модулей, но то другой класс модулей и выполненных полностью по иной технологии.
В общем, приобретая кристаллический кремний обязательно подумайте 10 раз, если он на гибкой основе.

Ну, а я в этом году перевыполнил план по расходу средств полученных с проекта и считаю подобную покупку самую неоправданную за весь проект! (для тех кому интересно с 1 января по 1 июля деньги ушли на призы и на эти панели и еще потребовалось добавить со своего кармана, перерасход выше дохода на 40%).

Батареи, основой которым служит кремний, на сегодняшний день являются самыми популярными. Это объясняется широким распространением кремния в земной коре, его относительной дешевизной и высоким показателем продуктивности, в сравнении с другими видами солнечных батарей. Как видно из рисунка выше кремниевые батареи производят из моно- и поликристаллов Si и аморфного кремния.
Монокристаллические солнечные батареи собой представляют силиконовые ячейки, соединенные между собой. Для их изготовления используют максимально чистый кремний, получаемый по методу Чохральского. После отвердевания готовый монокристалл разрезают на тонкие пластины толщиной 250-300 мкм, которые пронизывают сеткой из металлических электродов (рис. нарезка).
Для получения поликристаллов кремниевый расплав подвергается медленному охлаждению. Такая технология просит меньших энергозатрат, по этому, и отпускная цена кремния, полученного с ее помощью меньше. Единственный минус: поликристаллические солнечные батареи имеют более низкий КПД (12-18%), чем их моно «соперник».
В таблице 1 приведены главные отличия между моно и поли солнечными элементами.

Показатель	Моно детали	Поли детали
Кристаллическая структура	Зерна кристалла параллельны Кристаллы ориентируются в одну сторону	Зерна кристалла не параллельны Кристаллы ориентируются по сторонам
Температура производства	1400 °С	800-1000 °С
Цвет	Черный	Темно-синий
Стабильность	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно
Цена	Высокая	Высокая, но меньше, чем у моно
Период окупаемости	2 года	2-3 года

Если проводить деление в зависимости от используемого материала, то аморфные батареи относятся к кремниевым, а если в зависимости от технологии производства – к пленочным. В случае изготовления аморфных панелей, используется не кристаллический кремний, а силан или кремневодород, который тонким слоем наносится на материал подложки. КПД аналогичных батарей составляет всего 5-6%, у них очень низкий показатель эффективности, однако, несмотря на эти недостатки, они имеют и ряд достоинств:

Показатель оптического поглощения в 20 раза больше, чем у поли- и монокристаллов.
Толщина элементов меньше 1 мкм.
В сравнении с поли- и монокристаллами имеет более высокую производительность при неприятной погоде.
Довольно высокая гибкость.

Не считая описанных выше видов кремниевых солнечных батарей, есть и их гибриды. Так для большей стабильности элементов используют двухфазный материал, представляет собой аморфный кремний с включениями нано- или микрокристаллов. По собственным свойствам получившийся материал похож с поликристаллическим кремнием.

Панели из редких металлов

Описание

КПД у них большой. По этому показателю они впереди кремниевых. В основе устройств, способных к работе в условиях трудных, лежит теллурид кадмия. Применяются они для отделочных работ строений в экваториальных государствах, где днем поверхности прогреваться иногда выше 80 градусов.
Также возрастает востребовательность селенид –индий – медно – галлиевых панелей и селенид- индий – медных.
Но, помня о токсичности кадмия, и про то, что галлий с индием очень редко встречающиеся металлы, невозможно даже выразить предположение, что они будут использоваться для большого производства.

На панели скромной площади концентрируются лучи сотен зеркал. Она генерирует ток и передает одновременно водяному теплообменнику тепло. Он нагревает воду до парообразного состояния. Пар приводит во вращение турбину, генерирующую энергию электрическую. Иначе говоря с самой высокой эффективностью энергия солнца сразу двумя способами превращается в электрическую.