Чем отличается монокристалл от поликристалла. Сравнение монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей. Эффективные решения для вашего дома

Сравнение монокристаллических и

Итак, какая солнечная батарея лучше - монокристаллическая или поликристаллическая? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно сначала разобраться, а чем же они отличаются?

На фото ниже представлены два основных типа:

Первое, что бросается в глаза, это внешний вид. У монокристаллических элементов углы скругленные и поверхность однородная. Скругленные углы связаны с тем, что при производстве монокристаллического кремния получают цилиндрические заготовки. Однородность цвета и структуры монокристаллических элементов связана с тем, что это один выращенный кристалл кремния, а кристаллическая структура является однородной.

В свою очередь, поликристаллические элементы имеют квадратную форму из-за того, что при производстве получают прямоугольные заготовки. Неоднородность цвета и структуры поликристаллических элементов связана с тем, что они состоят из большого количества разнородных кристаллов кремния, а также включают в себя незначительное количество примесей.

Второе и наверное главное отличие - это эффективность преобразования солнечной энергии. Монокристаллические элементы и соответственно панели на их основе имеют на сегодняшний день наивысшую эффективность - до 22% среди серийно выпускаемых и до 38% у используемых в космической отрасли. Монокристаллический кремний производится из сырья высокой степени очистки (99,999%).

Серийно выпускаемые поликристаллические элементы имеют эффективность до 18%. Более низкая эффективность связана с тем, что при производстве поликристаллического кремния используют не только первичный кремний высокой степени очистки, но и вторичное сырье (например, переработанные солнечные панели или кремниевые отходы металлургической промышленности). Это приводит к появлению различных дефектов в поликристаллических элементах, таких как границы кристаллов, микродефекты, примеси углерода и кислорода.

Эффективность элементов в конечном счете отвечает за физический размер солнечных панелей. Чем выше эффективность, тем меньше будет площадь панели при одинаковой мощности.

Третье отличие - это цена солнечной батареи. Естественно, цена батареи из монокристаллических элементов немного выше в расчете на единицу мощности. Это связано с более дорогим процессом производства и применением кремния высокой степени очистки. Однако это различие незначительно и составляет в среднем около 10%.

Итак, перечислим основные отличия монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей:

Внешний вид.

Эффективность.

Цена.

Как видно из этого перечня, для солнечной электростанции не имеет ни какого значения, какая солнечная панель будет использоваться в ее составе. Главные параметры - напряжение и мощность солнечной панели не зависят от типа применяемых элементов и зачастую можно найти в продаже панели обоих типов одинаковой мощности. Так что окончательный выбор остается за покупателем. И если его не смущает неоднородный цвет элементов и немного большая площадь, то вероятно он выберет более дешевые поликристаллические солнечные панели. Если же эти параметры имеют для него значение, то очевидным выбором будет немного более дорогая монокристаллическая солнечная панель.

В заключении хочется отметить, что по данным Европейской ассоциации EPIA в 2010 году производство солнечных батарей по типу применяемого в них кремния распределилось следующим образом:

1. поликристаллические - 52,9%

2. монокристаллические - 33,2%

3. аморфные и пр. - 13,9%

Т. е. поликристаллические солнечные батареи по объему производства занимают лидирующие позиции в мире.

С появлением новейших разработок в области науки и техники, ассортимент солнечных модулей постепенно расширяется. Но неизменную популярность среди пользователей, как и прежде, занимают солнечные батареи из монокристаллического и поликристаллического кремния.

Монокристаллические солнечные батареи

Изготовление солнечных батарей на базе монокристаллического кремния позволяет получать наиболее высокие показатели эффективности фотоэлектрического преобразования среди модулей коммерческого применения за счёт максимально возможной чистоты исходного материала (монокристаллического кремния). КПД монокристаллических солнечных элементов (из которых производятся такие модули) достигает показателей до 19-22%; КПД монокристаллических солнечных батарей, соответственно, – 16-18%.

За счёт более качественного исходного материала, монокристаллические солнечные батареи имеют лучшие показатели по работе при низких уровнях освещённости (в условиях облачности). Что очень важно для электрогенерации в осенне-зимний период, особенно при применении солнечных батарей в Украине. Помимо этого, монокристаллические элементы более эффективно работают в морозную погоду, поэтому использовать монокристаллические солнечные батареи в зимний период более практично.

В случае, если целью является получение максимальной генерации с единицы площади, следует использовать только монокристаллические модули.

Поликристаллические солнечные батареи

Основное преимущество поликристаллических солнечных батарей – они дешевле, так как себестоимость исходного материала (мультикристаллических пластин) ниже, но и эффективность работы таких модулей ниже. Их использование целесообразно если нет задачи получения максимальной выработки электроэнергии с единицы установленной мощности. Если в вашей местности нету значительных перепадов уровней освещенности в течении длительного периода.

Внешний вид

Сырьем для производства монокристаллических элементов солнечных батарей является монокристалл кремния, полученный путем выращивания в специальных ростовых вакуумных печах. Чистота такого изделия равна 99,999%, от сюда и значительно высший КПД по сравнению с поликристаллическими элементами. Кристалл кремния в печи растет в форме цилиндра, если его порезать на пластины – мы получим круги).

Растущий в печи кристалл кремния имеет цилиндрическую форму

Если далее из таких круглых пластин сделать солнечные элементы и собрав их в готовую солнечную панель, у нас будет очень много неэффективной площади панели. Но если же из круглой пластины вырезать квадрат, получится много отходов производства. Поэтому принята стандартная форма монокристаллических солнечных элементов, так называемый псевдоквадрат . Это лучшее решение по оптимизации полезной площади монокристаллической солнечной панели и уменьшении производственных отходов.

Монокристаллический солнечный элемент формы псевдоквадрат

Производство элементов (ячеек) для поликристаллических солнечных батарей технологически на много проще, в следствии сами элементы значительно дешевле. Чаще всего, емкость – тигель с расплавленным кремнием, чистота которого намного ниже чем при производстве монокристаллических элементов, плавно охлаждают до полного остывания. Полученный слиток кроят на пластины нужной формы. Внешне элемент для поликристаллической солнечной панели легко отличить от монокристаллического благодаря визуально неоднородной структуре.

Эффект старения

С каждым годом эксплуатации любых солнечных батарей их производительность немного уменьшается, можно сказать что происходит “старение”. И для монокристаллических солнечных батарей этот эффект значительно ниже, это связано с их равномерной структурой. К примеру, если монокристаллические элементы стареют за 25 лет на 17 – 20%, то для монокристаллических элементов этот показатель может превысить все 30%.

Сравнение по эффективности работы

Начиная с «бума» массового производства солнечных панелей в начале 2000-х годов, ведутся споры, какой из вариантов, моно- или мультикремний является более предпочтительным, с точки зрения эффективности использования.

В данной статье мы не будем проводить глубокий теоретический анализ физических процессов, а обратим внимание только на имеющиеся статистические данные.

Наиболее объективной информацией о эффективности работы фотоэлектрических модулей, являются данные об натурных испытаниях, проводимых под эгидой журнала Photon International (модули различных производителей устанавливаются в одинаковых условиях, на каждую группу устанавливается отдельный счётчик вырабатываемой энергии). Место проведения испытаний – Аахен, Германия.

В качестве результирующего параметра для сравнения взят параметр «коэффициент выработки», определяемый как соотношение выработанной энергии к расчётной, которая должна быть полученной исходя из номинальной мощности модуля, реальных условий окружающей среды (освещённость, температура и т.д.). По результатам 2013 и 2014 года, были получены следующие значения по лидерам:

Компания	Материал подложки	Место 2013 год	Процент 2013


ET Solar Industry








Seraphim Solar System



ET Solar Industry



Hareon Solar Technology

Мы видим, что:

ТОП-3: монокремний 100%; ТОП-5: монокремний 80%; ТОП-10: монокремний 60%.

Компания	Материал подложки	Место 2014 год	Процент 2014






Huanghe Photovoltaic Technology


ET Solar Industry

Seraphim Solar System
Hareon Solar Technology

Мы видим, что:

ТОП-3: монокремний 100%; ТОП-5: монокремний 80%; ТОП-10: монокремний 70%.

Таким образом, образцы, где в качестве базового материала использован монокремний, при проведении данных испытаний продемонстрировали более высокую эффективность по выработке электроэнергии. Покольку результатов по другим объективным сравнительным испытаниям не приводится, мы рекомендуем использование монокристаллических солнечных панелей.

Наше предприятие “Пролог Семикор” производит солнечные модули только из монокристаллических солнечных элементов. Если вы заинтересованны купить солнечные батареи полностью украинского производства, посетите наш магазин, нажав в меню сайта “Наш магазин”. Так же мы можем предоставить консультацию по внедрению “Зеленого Тарифа” с 10% надбавкой за использования украинских комплектующих.

Поликристаллические и монокристаллические солнечные батареи позволяют установить независимый источник энергообеспечения в домах, а также на предприятиях. На сегодняшний день благодаря солнечным батареям можно:

Обеспечивать автономное и резервное электроснабжение частных домов, офисных зданий, заправочных комплексов, тепличных и фермерских хозяйств, киосков.

Обеспечивать освещение парков, садов, улиц и шоссейных дорог;

Обеспечивать электроэнергией удалённые объекты телекоммуникаций.

Усовершенствовать работу газопроводов и нефтепроводов;

Обеспечить электропитанием системы подачи воды, а также ее опреснения.

Заряжать разнообразные гаджеты (актуально в походах и поездках за город).

При выборе гелиобатарей нужно обращать внимание как на их рабочие параметры (КПД, мощность, выходное напряжение и т.д.), так и на тип используемых в них фотоячеек. Сегодня наиболее распространенными являются солнечные панели на ячейках из моно- и поликристаллического кремния, поэтому выбор обычно делается между этими двумя типами.

И, несмотря на то, что принцип работы у них одинаков, поликристаллические и монокристаллические фотоэлементы различаются между собой достаточно сильно. Причем речь идет не только о фактических параметрах (например, КПД). Различия есть и в поведении ячеек при эксплуатации в различных условиях.

Внешний вид

Тем не менее, внешний вид – первое, что бросается в глаза. Моноячейки имеют форму квадрата со срезанными углами и однородную поверхность. Связано это с особенностями производства и кристаллической структуры монокристаллов. При выращивании кристаллов кремния получаются заготовки цилиндрической формы, которые после дальнейшей обработки нарезаются на такие «псевдоквадратные» пластины. А равномерность поверхности определяется строгой кристаллической структурой заготовки.

Поликристаллические ячейки обладают ровной квадратной формой. При их производстве на промежуточном этапе получают призматические заготовки, которые нарезаются на квадратные (или прямоугольные) пластины. Их внешняя поверхность неоднородна из-за полиструктуры кремния.

Отсюда вытекает первое различие между модулями на моно- и полиячейках. Это плотность заполнения. Поликристаллические элементы заполняют всю полезную площадь батареи, тогда как между моноэлементами остаются незадействованные пустоты. Это означает, что, несмотря на разницу в КПД отдельных ячеек, производительность полимодуля на единицу площади может оказаться выше.

Производительность и рабочие особенности

Солнечные батареи с моноячейками обычно обладают большей рабочей эффективностью. Связано это с тем, что КПД моноэлемента выше КПД полиячейки. Несмотря на то, что разница эта не слишком велика в процентном соотношении, для солнечных электростанций она может иметь решающее значение, поскольку производительность батареи должна соответствовать параметрам системы.

Кроме того, монокристаллы более эффективно работают при отрицательных температурах. Поэтому если планируется использовать солнечные батареи в зимний период (или же круглогодично), то стоит остановить выбор именно на таком варианте. Однако поликристаллические элементы чуть лучше зарекомендовали себя в условиях облачности и пасмурной погоды. Из-за неоднородной структуры поверхности они несколько эффективнее улавливают рассеянный свет, поэтому больше подходят для межсезонного применения. Впрочем, с развитием технологий производства моноэлементов разница в падении производительности стала гораздо меньше.

Еще один аспект – старение ячеек. Иными словами, потеря производительности с течением времени. Для монобатарей этот показатель несколько ниже, что связано с равномерностью их структуры. Так, если моноячейки стареют за 25 лет примерно на 20%, то для полимодулей падение эффективности может достигать 30%.

Цена

Солнечные батареи на разных фотоэлементах обладают и различной стоимостью. Расценки на монокристаллические панели несколько выше (обычно в пределах 10%), что связано с более дорогостоящим технологическим процессом и необходимостью использовать кремний высокой чистоты.

Таким образом, прежде чем решать, какие именно модули выбрать, нужно определиться с условиями их использования, местом установки и размерами бюджета. По сути, солнечной электростанции безразлично, какая именно панель производит для нее ток, главное – показатели выходной мощности и напряжения. А эти значения могут быть одинаковыми и для изделий на разных типах ячеек, отличаться они будут только площадью поверхности. Поэтому если габариты не критичны, то можно приобрести солнечные батареи той же производительности (на поликристаллах), но с чуть большей площадью, стоить они будут несколько дешевле.

Для освещения дома, сада, беседки или для зарядки электрических приборов можно использовать солнечную энергию. Солнечные батареи широко используются в бытовых и промышленных целях. Для более серьезных целей сооружают солнечные станции, они способны обеспечить энергией крупные объекты. Данная разработка используется на земле, на воде и даже в космосе.

Устройство солнечных пластин несложное и состоит из корпуса, фотоэлемента и проводов. Фотоэлемент чаще всего изготавливают из кремния. Под воздействием солнечного света электроды движутся, и выделяемая энергия через подключенные с обеих сторон провода поступает к подсоединенному прибору или аккумулятору. Кремний используется как в монокристаллических, так и в поликристаллических пластинах.

Внешний вид монокристаллической пластины напоминает квадрат, но имеет округленные углы.

Такая форма получается при выращивании монокристаллов. Поверхность батареи однородная и имеет насыщенный синий цвет. За счет однородности пластины достигается очень высокий КПД, так как солнечная энергия не рассеивается, а лучи равномерно освещают всю поверхность. Попадая на поверхность батарей, они проходят через переход в полупроводниковых пластинах на большой площади.

Монокристаллические батареи лучше поликристаллических, так как намного эффективнее и имеют ряд положительных моментов:

Монобатареи можно крепить на неровную поверхность, они гибкие и при волновом размещении не портятся и не теряют своих свойств.
Гибкие солнечные батареи превзошли поликристаллические и по эффективности работы в непогоду, монокристаллические модели могут работать и в тени.
Для зимы также лучше подойдут монокристаллические панели, они могут выдержать минусовую температуру.

К минусу с монокристаллами можно отнести цену, она будет примерно на 10% выше цены батареи на поликристаллах.

Главное при покупке – тщательно осмотреть панель. Она не должна иметь повреждений, царапин или сколов.

Поликристаллы и применение солнечных батарей

Монокристаллические пластины усовершенствованы и превосходят поликристаллы. Из-за гибкого строения их можно размещать на кровле дома или беседки.

Читайте также: Изготовляем солнечную панель из светодиодов

Поликристаллические элементы хороши для уличной станции, так как их устанавливают только на ровную поверхность, для них необходимо присмотреть отдельное место на садовом участке. При размещении в беседке не допускается застекление панелей, так как от этого происходит снижение КПД. Коэффициент полезного действия у серийно выпускающихся панелей составляет примерно 18%, что ниже монокристаллических. Поликристаллические пластины несут потери КПД в основном из-за неоднородности поверхности.

Гибкую монокристаллическую пластину удобно

В статье рассмотрено практическое использование моно и поликристаллов кремния при выпуске различных типов современных солнечных батарей, а также отличия этих существующих типов солнечных модулей.

Множество людей на земле до настоящего времени во многом зависят от таких источников энергии как газ, дрова, мазут, керосин и пр. Отсутствие доступа к электрической энергии, у этой части человечества – существенно замедляет их экономическое развитие, а также ведет в большинстве случаев к нанесению большего вреда окружающей среде. Поэтому, внедрение в их жизнь альтернативных источников энергии, таких как ветер, энергия солнечного излучения, энергия водной стихии – для них выгодно, как с экологической, так и моральной и экономической, точек зрения.

Невозобновляемые источники энергии в перспективе развития человечества, по всей видимости уйдут с энергетической арены его обеспечения, а их место займут , такие, к примеру, как ветер, вода и энергия солнца. Именно об энергии солнечного излучения и возможности ее использования человеком, мы и поговорим с вами сегодня в нашей статье.

Что собой представляют монокристаллические и поликристаллические фотоэлектрические модули?

В настоящее время из всех типов солнечных батарей, наибольшее распространение среди населения, получили солнечные панели: монокристаллические и поликристаллические, последние из которых часто также называют «мультикристаллическими солнечными панелями».

Конструктивно, монокристаллическая панель состоит из десятков силиконовых , собранных в единую панель. Данные фотоэлектрические элементы, смонтированы в стеклопластиковый, надежный и долговечный корпус, дающий хорошую защиту этим фотомодулям, как от пыли, так и от атмосферной влажности.

Такая панельная конструкция солнечных батарей позволяет эксплуатировать их в разнообразных условиях – как на море, так и на суше. Превращение солнечной световой энергии в солнечных батареях в энергию электрическую, происходит за счет фотоэлектрического эффекта преобразования энергии в самих фотомодулях солнечной панели.

Материалом для изготовления монокристаллических солнечных панелей, является сверх чистый кремний, использующийся также для производства полупроводниковых приборов в радиоэлектронике, и хорошо освоенный современной промышленностью. Стержни кремниевого монокристалла, медленно растут» и вытягиваются из кремниевого расплава, а далее разрезаются на части, с их толщиной 0,2-0,4 мм и уже используются после их последующей обработки, для изготовления фотоэлектрических элементов, входящих в состав солнечных панелей.

Практика использования современных солнечных панелей показала, что уже на протяжении многих лет, одними из наиболее популярных и востребованых в мире – есть солнечные панели монокристаллические. КПД монокристаллических панелей составляет примерно 15-17%.

Когда происходит медленное охлаждение кремниевого расплава, то из него получается поликристаллический кремний, использующийся для изготовления поликристаллических солнечных панелей. В этом случае операция вытягивания кристаллов кремния из расплава полностью опускается, а сам процесс менее трудоемок, нежели при изготовлении монокристаллического кремния, а соответственно и такие солнечные батареи дешевле. Но все-таки, существенным недостатком поликристаллического кремния есть то, что он имеет области с зернистыми границами, которые немного ухудшают его качество.

Рамка поликристаллических солнечных батарей (модулей) изготавливается из алюминия и покрывается специальным антикоррозионным составом, имеющим черный цвет. Высокое качество и долговечность такой конструкции, здесь достигается путем надежного закрепления пленки на обратной стороне каждой рамки и ее плотной герметизации по краям. Все элементы поликристаллической панели солнечной батареи покрываются специальным ламинатом, который устойчив, как к перепадам температур, так и к воздействию снега и дождя.

Дабы ответить на вопрос, что же лучше – «моно» или «поли» кристаллы, а соответственно и типы солнечных батарей, необходимо предварительно разобраться в их отличиях и сходстве.

Основные отличия «моно» и «поли» кристаллических типов солнечных батарей.

1. Основное и главное отличие этих двух типов солнечных батарей состоит в их эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую. Сегодняшние монокристаллические панели при их серийном производстве – имеют эффективность по преобразованию солнечной энергии максимум до 22%, а используемые в космических технологиях – даже до 38%. Это связано с чистотой сырья монокристаллов кремния, которая в таких батареях – достигает почти 100%.

У серийно выпускаемых поликристаллических панелей – эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую, намного меньше, нежели у монокристаллических панелей, и составляет по максимуму – 18%. Такие низкие показатели по эффективности у данного типа батарей связаны с тем, что для их изготовления, используется не лишь чистый первичный кремний, но и сырье с переработанных солнечных батарей и пр. Здесь также следует понимать, что чем выше у солнечных батарей эффективность по преобразованию солнечного света, тем при одинаковой мощности разных типов батарей – их размер будет меньше.

2. Относительно внешнего вида – отметим следующее. У монокристаллических элементов солнечных панелей – углы скруглены, а поверхность однородна. Округленность их форм связана здесь с тем, что монокристаллический кремний, при его производстве получают в цилиндрических заготовках. Поликристаллические элементы солнечных модулей имеют квадратную форму, поскольку их заготовки при производстве – также квадратной формы. По своей структуре – цвет поликристаллов неоднороден, ибо состав поликристаллического кремния также неоднороден и включает в себя множество разнородного кристаллического кремния, а также в незначительном количестве и примеси.

3. Относительно ценовой политики солнечных модулей, то солнечные батареи из монокристаллического кремния незначительно дороже (примерно на 10%), нежели цена солнечных батарей из поликристаллического кремния – если брать, конечно же, в пересчете на единицу их мощности. Как, наверное, вы уже поняли, большая цена монокристаллических солнечных батарей, в первую очередь связана с более дорогостоящим процессом изготовления и очистки исходного монокристаллического кремния.

Заключение.

Подводя небольшой итог сказанному, можно предположить, что основные параметры по которым мы подбираем себе солнечные батареи для нашей солнечной электростанции, к примеру, для загородного дома – от типа применяемых в них фотоэлектрических элементов, не зависят. Если мы хотим более экономный вариант исполнения, то наш выбор падет на поликристаллические солнечные модули – которые при той же мощности, будут немного больше по площади, нежели модули монокристаллические, но зато немного их дешевле. Цвет же самой поверхности солнечных панелей, роли вообще никакой не играет при их выборе, учтите это!

Скажем еще пару слов относительно использования солнечных батарей в мире по их типам. На первом месте здесь с объемом рынка продаж в 52,9%, стоят более дешевые, поликристаллические солнечные панели. Второе место по праву, относительно продаж, принадлежит панелям из монокристаллического кремния, которых на рынке примерно 33,2%. Третье же место по продажам – за аморфными и прочими солнечными батареями, с их соотношением к общему рынку продаж в 13,9% (их мы в статье не рассматривали).