Чем отличаются моно и поли солнечные батареи. Практика использования моно и поликристаллических фотомодулей в солнечных батареях. Недостатки панелей из моно и поликристаллов

Солнечная энергия относится к возобновляемым источникам энергии, так же как вода и ветер. Сейчас большинство жителей нашей планеты зависит от таких источников энергии как газ, нефть, мазут, уголь, дрова. Внедрение альтернативных источников энергии выгодно с экологической и экономической точки зрения. Их использование дает человеку автономность и является правильным решением с этической точки зрения.

Солнечные панели могут быть на основе поли- или монокристаллического кремния. Несмотря на одинаковый принцип работы, разница между ними в условиях эксплуатации и КПД существенна. Популярностью пользуются оба типа ячеек.

Монокристаллические панели

Отличить монокристаллические солнечные батареи можно по характерной форме отдельных ячеек – квадрат со срезанными углами и однородной поверхностью. Это связано с особенностями производства и кристаллической решеткой кремния. Выращенный отдельный кристалл имеет цилиндрическую форму, а после нарезки на тонкие пластины толщиной 0,2-0,4 мм получается характерная псевдоквадратная форма. Сам процесс протекает в вакуумных ростовых печах, благодаря чему становится возможным достичь чистоты материала в 99,99%. Поэтому монокристаллические солнечные панели имеют более высокий КПД, чем у поликристаллов.

Использование круглых пластин неэффективно из-за потерь полезной площади, а если обрезать до правильного прямоугольника, тогда получится много отходов и значительно возрастет стоимость всей солнечной панели. Поэтому для монокристаллических элементов была принята специальная форма усеченного в вершинах квадрата. Отдельные элементы собираются в целую батарею и заключаются в надежную пластиковую оболочку, после чего их можно использовать в любых погодных и климатических условиях.

Плюсы монокристаллических элементов

Высокий КПД, порядка 15-20% солнечной энергии может быть преобразовано в электрическую;
Эффективно работают при отрицательных температурах;
Эффект старения у этих элементов протекает не так заметно, в среднем этот показатель составляет порядка 20% на 25 лет срока службы;
Занимают меньшую площадь при одинаковой электрической отдаче;

Поликристаллические панели

Технология получения поликристаллических солнечных панелей немного проще. Емкость с расплавом кремния плавно охлаждают до полного затвердевания, после чего получается прямоугольная заготовка, состоящая из поликристаллического кремния. Чистота и однородность такого материала будет ниже. В качестве сырья часто используются уже переработанные солнечные батареи. Теперь их можно нарезать на тонкие, меньше 1 мм пластины правильной прямоугольной формы. Такие ячейки легко отличить по неоднородной структуре поверхности, связанной с особенностями строения кристаллической решетки кремния.

Полученные поликристаллы подрезаются до нужного размера, а затем приклеиваются на специальную основу. Рамка для крепления изготавливается из алюминия и окрашивается в черный цвет. После чего поликристаллические солнечные панели устанавливаются на рамку и герметизируются. Внешняя поверхность покрывается ламинирующим слоем, который защищает от дождя, холода и механических повреждений. От качества проделанной операции будет зависеть срок службы и эффективность солнечной панели.

Плюсы поликристаллических солнечных модулей

Недорогое и технологичное производство обеспечивает низкую цену готовым изделиям;
Хорошо улавливают рассеянный солнечный свет из-за своей неровной поверхности, эффективны в пасмурную погоду;
Больше выбор размеров и форм готовых панелей, по своим свойствам они уже очень близко подошли к изделиям из монокристалла.

Недостатки панелей из моно и поликристаллов

Несмотря на отличия в изготовлении элементов солнечных панелей, для них будут характерны общие недостатки, связанные со свойствами кремния и особенностями производства.

Отдельные элементы из моно и поликристаллов очень хрупкие. Небольшая толщина рабочего слоя требует для них прочной подложки и ровного основания. Трещины на поверхности фотоячейки приводят к ее полному выходу из строя.
Низкая эффективность преобразования солнечной энергии. Для лучших образцов, применяемых в космических технологиях, кпд может достигать 38%. Обычные панели имеют кпд не более 22% для монокристаллических элементов и 15-18% для поликристаллов.
Зависимость от количества солнечных дней в году. Этот источник энергии будет эффективен только в регионах, где количество солнечных дней будет значительно превышать число пасмурных. Необходимо также учитывать широту их расположения и климат.

Моно и поли элементы обладают эффектом старения. Для моноячейки падение эффективности за срок службы в 25 лет составляет 20%, то для поли- падение может достигать 30% и выше. Таким образом, даже такой надежный источник энергии в виде солнечных батарей имеет ограниченный срок эксплуатации и может потребовать обновления.
Для любого типа солнечных модулей необходима специальная электростанция, преобразовывающая и стабилизирующая выходное напряжение. Для создания автономной системы или системы «умный дом» потребуется установка аккумуляторов и включение их в общую сеть.
Цена на солнечные фотоэлементы все еще остается достаточно высокой, по сравнению с традиционными источниками энергии. При этом поликристаллические солнечные батареи стоят немного дешевле своих аналогов из монокристаллов.
Современные солнечные батареи все чаще находят применение в быту. Благодаря им становится возможным обеспечивать энергией удаленные объекты связи, автономные объекты в сельском хозяйстве и промышленности. С их помощью осуществляется освещение парков и дорог, работают светофоры на пешеходных переходах, заряжаются различные гаджеты и устройства в местах, где отсутствует электричество.

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.

Выбирая для установки и использования в энергетической системе своего загородного жилища солнечные фотоэлектрические модули, обязательно нужно изучить следующие рабочие параметры предлагаемой системы:

• Ее технические и функциональные характеристики;
• Указываемая производителем длительность срока службы солнечных панелей в различных природных условиях;
• Реальные показатели коэффициента полезного действия оборудования. Здесь также обязательно надо изучить производительность предлагаемого оборудования в различных погодных условиях, когда активность поступающих солнечных лучей меняется вместе с порой года и погодными условиями;
• Стоит определиться с типом фотоэлементов, используемых в солнечной электрической системе.

Поликристаллические и монокристаллические панели. Какому типу оборудования отдать свое предпочтение.

На сегодняшний день самыми распространенными стали фотоэлементы на основе ячеек из поли или монокристаллов. Вопрос выбора обычно стоит между двумя этими типами систем. Несмотря на то что монокристаллические и поликристаллические солнечные панели действуют по одному принципу, эти элементы имеют достаточно много различий между собой. Отметим, что говоря о различиях, имеется в виду, что не только разница в технических характеристиках и показателях эффективности, существуют различия и в поведении оборудования в различных широтах, при отличающихся погодных условиях. Итак, чтобы помочь выбрать какие все-таки типы солнечных фотоэлементов моно или поликристаллические, понадобятся именно в вашем случае, изучим суть вопроса и особенности производства.

Кристаллический кремний и его свойства

Сегодня подавляющее большинство оборудования преобразующего энергию солнечных лучей в электрический ток в основе своего производства имеет кремний. К настоящему времени на рынке подобной продукции более 90% занимают солнечные панели, изготовленные на основе монокристаллического кремния. Этот вид солнечных энергетических установок в первую очередь предназначен к использованию в частном жилом фонде. Используемый в производстве солнечных модулей кремний имеет различные степени очистки. Градация данного параметра, присваемого качеству кремния, указывает на то, как в структуре его кристаллической решетки упорядочены молекулы. В данном случае чем качественней и более технически продвинуто производство кремния, тем лучше будет упорядочена молекулярная структура продукции, а значит, и коэффициент полезного действия создаваемых на его основе солнечных панелей. В основном при ссылке на этот фактор солнечные энергетические установки и делятся на различные виды и типы.

Конечно, добиться в промышленных масштабах отличной упорядоченности молекулярной структуры решетки кремния можно только на производствах с оборудованием и процессами технологий на высочайшем уровне, это очень затратный и дорогостоящий процесс. Из этого можно сделать вывод, что степень очистки, который проходит кремний, не имеет определяющего значения. Более весомыми параметрами, выступающими на переднем плане, в достигаемой производительности солнечных элементов и определения выбора при приобретении как раз выступает предлагаемая эффективность использования полезной площади оборудования, ее общая экономическая результативность. Теперь, исходя из описанного выше можно прийти к выводам, что кристаллический кремний выступает основным действующим элементом всех производимых сегодня солнечных элементов, и делятся они на монокристаллические и поликристаллические.

Поликристаллические солнечные модули

Солнечные батареи, производимые на основе поликристаллических кремниевых элементов, созданы и выпущены на рынок сравнительно давно. Впервые они были предложены потребителю еще в 1981 году. В процессе их производства нет необходимости задействовать сложные и дорогостоящие высокотехнологические процессы. Производством не ставиться цель упорядочивания молекулярной структуры решетки кремния. Исходное сырье просто плавят и заливают в готовые формы для отливки. Далее, остывшие блоки делят на пластины стандартных размеров имеющие правильную форму квадрата. В результате на выходе мы имеем относительно недорогие и простые в использовании поликристаллические модули.

В чем же достоинство оборудования на основе поликристаллических элементов?

• Приобретение и установка такого оборудования не повлечет вашего разорения. В результате остановки выбора на этом типе оборудования вы значительно сэкономите, так как в процессе производства довольно серьезно снижаются расходы материалов, дешевле обходится дальнейшая переработка и утилизация;
• Технологический процесс отличается намного меньшим в процентном соотношении количеством брака.

Однако одновременно с этими неоспоримыми достоинствами поликристаллические фотоэлементы имеют и ряд некоторых недостатков:

• Поликристаллические солнечные модули хуже противостоят влиянию повышенных температур. Их разница в сравнении с аналогами на основе монокристаллов состоит в том, что влияние высоких температур разрушительно влияет на сроки службы всей системы, снижает показатели мощности. Но в связи с тем, что все-таки влияние на функциональные характеристики не столь существенно, особенно заострять на этом внимание нет необходимости;
• Следующий недостаток - это сниженная эффективность использования полезной площади, используемой в солнечной энергетической системе поликристаллических фотоэлементов, значительно ниже, чем у аналогичной продукции на моно кристаллах. Чтобы получить на выходе те же показатели мощности придется использовать большее количество панелей;
• Среди существенных недостатков выступают показатели производительности. В сравнении с батареями на основе монокристаллов, они значительно ниже. В данном случае цифры составляют от 13 до 18 процентов;
• Общий внешний вид конструкции. Поликристаллические панели имеют неоднородную поверхность. Однако если в процессе монтажа добавить специальные покрытия, этот недостаток совсем не будет заметен внешне.

Отличительной чертой, которой обладают монокристаллические батареи, где в основе производства использовался кремний, состоящий из монокристаллических молекулярных решеток – это их выраженная однородность расцветки рабочей пластины, а также всего внешнего вида. В результате обладания данными параметрами, определяются габариты зерен монокристаллического кремния. Непосредственно на производстве при использовании технологического сырья выращивается слиток монокристаллического кремния. Он имеет в своей основе довольно серьезные характеристики качества частоты и ровной структуры кристаллической решетки. Изготовление фотоэлементов, которые собирают в монокристаллические модули, осуществляется с применением слитков кремния, имеющих цилиндрическую форму. В процессе производства сам слиток обрабатывается со всех концов, что значительно повышает технические характеристики результативности работы конечного оборудования и его эффективность. Эта особенность производства влияет на окончательный внешний вид сборки монокристаллов – в результате все составляющие становятся совершенно одинаковыми с виду. В результате мы имеем высокоэффективные, работающие солнечные модули. Получается, что основное отличие во внешнем виде поликристаллических солнечных батарей от их аналогов где использовался монокристаллический элемент, будет в форме пластины элемента. Монокристаллические пластины в результате производства получают форму квадрата.

Монокристаллические солнечные модули, в чем их преимущество?

• В связи с качественным производством исходного элемента (высокой структурированностью молекулярной решетки монокристаллов), эти элементы обладают очень высоким коэффициентом полезного действия. Собранные по такому принципу солнечные энергетические установки на выходе обладают производительностью до двадцати процентов;
• Для получения равнозначной мощности необходима установка, размеры которой будут значительно меньшими по сравнению с аналогичными видами фотоэлементов, произведенных по менее качественным технологиям. Это означает, что если вам надо получить установку мощностью производства электрического тока на уровне 20 ватт, будет нужно приобрести и установить кремниевые батареи меньших размеров;
• И еще одно очень важное преимущество - это, конечно же, высокая долговечность эксплуатации такого оборудования. Монокристаллические пластины самые долговечные среди всего предлагаемого на рынке оборудования. При правильной установке и эксплуатации эти пластины верно прослужат вам по своему назначению не менее четверти века.

Монокристаллические солнечные фотоэлементы, в чем их недостатки в сравнении с другими типами фотоэлементов?

• В связи с особенностями производства исходного сырья, эти панели имеют вполне приличную стоимость покупки. В том случае если финансовый вопрос для вас имеет первостепенное значение, а коэффициент эффективности на вспомогательных ролях, то, конечно же, лучше выбрать для себя другие типы установок, например, поликристаллические;
• Значительную потерю производительности панели, а соответственно и всей энергетической установки, может повлечь даже незначительное загрязнение рабочей поверхности, в том числе и затемнение от листьев дерева или других внешних факторов. В целях нивелирования данного существенного недостатка, в цепочке с устанавливаемым оборудованием будет целесообразным установка микроинверторов. Их применение будет уравнивать функционирование всей системы вследствие возникновения ситуации, когда модули неравномерно освещаются.

Выводы

В заключение хотелось бы добавить, что, прежде чем выбрать вид солнечных модулей необходимых вам, для начала определитесь, в каких условиях будете их использовать, где будете устанавливать оборудование, каким бюджетом вы располагаете. Самой солнечной электрической системе неважно, какой именно тип батареи будет вырабатывать ток, основной фактор здесь – это показатели получаемой на выходе мощности и силы напряжения. Добиться нужного значения можно используя оба вида панелей, разница будет лишь в том, какую для этого придется задействовать площадь поверхности. И поэтому, если вас не особо волнует объем занятой площади, то без проблем приобретайте батареи на основе поликристаллов с немного большей площадью фотоэлементов. На приобретение этого оборудование вы потратите значительно меньше средств.

Июнь 2018

Идея создания устройств, способных накапливать энергию Солнца, возникла еще в XIX веке. Первая батарея появилась в 1839 году - благодаря усилиям Антуана-Сезара Беккереля. Ее КПД составлял всего 1 %. За истекшее с тех пор время технология много раз совершенствовалась, коэффициент полезного действия современных солнечных аккумуляторов превышает 20 %. Сегодня поговорим о том, какие батареи лучше: монокристаллические или поликристаллические. Критерии оценки: КПД, сохранение исходных свойств, стоимость, эксплуатационные затраты.

Конструкция и применение

Солнечная батарея - совокупность элементов, которые служат для получения электрической энергии из световой. Принцип действия основан на фото-электрическом эффекте - за счет преобразования солнечного света в электроток. Основные компоненты системы:

Полупроводник. Как правило, моно- или поликристаллический кремний, дополненный другими химическими соединениями, которые способствуют образованию фото-электрического эффекта. Состоит из 2 материалов с разной проводимостью, за счет чего между ними происходит постоянное перемещение электронов (p-n-переход).

Прокладка - тончайшее покрытие, которое препятствует свободному движению электронов, находится между слоями полупроводника.

Источник электроэнергии, при подключении которого к прокладке электроны приобретают способность ее преодолевать - в результате этого возникает упорядоченное движение заряженных частиц, собственно, генерируется электрический ток.

Аккумулятор - накапливает полученную электроэнергию.

Контроллер заряда - выполняет функцию распределителя потоков электрической энергии.

Инвертор - нужен для трансформации постоянного тока в переменный.

Стабилизатор напряжения.

Для использования солнечных батарей в качестве основного источника электроэнергии важно, чтобы количество ясных дней преобладало над пасмурными. По этой причине в большинстве регионов нашей страны подобные установки используют преимущественно как вспомогательные.

Особенности монокристаллических панелей

Монокристаллическая система представляет собой десятки фотоэлементов, объединенных в единую панель. Кристаллы получают путем выращивания - по методу Чохальского. Каждый из них закреплен на стеклопластиковой основе, которая защищает от пыли и влажности. Материал элементов - очищенный кремний. Светочувствительные ячейки ориентированы в одну сторону, за счет чего КПД монокристаллических панелей выше, чем поликристаллических. Другие особенности:

продолжительность непрерывной эксплуатации - не менее 20 лет;

КПД монокристаллов - в среднем до 20–22 % (без учета потерь полученной электроэнергии), в отдельных случаях - до 20 %;

уровень поглощения выше, чем в поликристаллических панелях;

Единственный минус монокристаллических систем - более высокая стоимость, впрочем, затраты на их приобретение быстро окупаются. При дефиците площади, когда крайне важно добиться максимального количества энергии с каждого квадратного метра, подобное решение предпочтительнее.

Особенности поликристаллических панелей

Поликристаллы получают путем постепенного охлаждения расплавленного кремния. Такая технология обходится дешевле, чем искусственное выращивание монокристаллов, правда, на краях поликристаллов может присутствовать зернистость, что приводит к снижению их эффективности. Принципиальное отличие от монокристаллических - неоднородная структура и окрас. Это обусловлено примесями и тем, что в системе содержатся кристаллы разного типа. Особенности:

КПД меньший, чем у монокристаллических элементов - до 17-18 %;

доступная цена - производство поликристаллических панелей менее затратное;

скорость утраты мощности (деградация) поликристаллов меньше, чем у монокристаллов.

Таким образом, если стоит задача получить определенное количество электроэнергии, при использовании поликристаллических панелей потребуется большая площадь. Есть мнение, что их выгоднее использовать в регионах с преобладанием пасмурных дней - при недостаточном количестве солнца поликристаллы дают больше энергии, чем монокристаллы.

Сравнение основных характеристик монокристаллических и поликристаллических элементов

Каждая из систем имеет свои плюсы и минусы. Как определить, что предпочтительнее, моно- или поликристаллы? Предлагаем вашему вниманию сравнительную таблицу, в которой рассмотрены ключевые характеристики каждого из вариантов:

Параметр	Монокристаллы	Поликристаллы	Вывод
Температурный коэффициент	0,45 %	0,45 %	Снижение мощности в системах обоих типов происходит практически одинаково
Скорость деградации	На 3 % в первый год эксплуатации, в последующие - на 0,71 %.	На 2 % в первый год эксплуатации, на 0,67 % в последующие годы.	Разница несущественна, поэтому ею можно пренебречь.
Цена	Высокая стоимость, обусловлена сложностью производства.	На 10-15 % дешевле, чем монокристаллические элементы.	Для многих цена оказывается решающим доводом в пользу поликристаллических панелей.
Фоточувствительность (при уровне освещенности 600 Вт/м 2	При одинаковой мощности модулей разница не превышает 10 %.		По сути этим показателем можно пренебречь.
Годовая выработка	По данным лаборатории PHOTON она незначительно выше (не более 2 %) у монокристаллов. Однако более подробные исследования показали, что имеет значение не только тип панели, но и бренд.		Важнее свойства конкретной солнечной батареи - именно они являются ключевым критерием выбора.

При выборе солнечных панелей необходимо обращать внимание не только на тип фотоэлементов, но и на другие критерии: соотношение цены и эффективности, заявленный ресурс (гарантийный срок), напряжение при максимальной мощности, комплектацию.

Эффективные решения для вашего дома

Как видите, мы так и не смогли дать однозначный ответ на вопрос о том, какие фотоэлементы предпочтительнее - моно- или поликристаллические. Наша компания осуществляет продажу солнечных батарей с панелями обоих типов - мы предлагаем только проверенные решения, эффективность которых доказана на практике. Приглашаем к сотрудничеству застройщиков и собственников коттеджей, заинтересованных в получении доступной, а главное экологически безопасной электроэнергии:

· подберем солнечные батареи с учетом площади дома, климатических и ландшафтных особенностей;

· предоставим долгосрочную гарантию на приобретенный товар;

· за умеренную плату выполним обслуживание приобретенных у нас систем;

· предложим несколько вариантов солнечных батарей с детальным описанием плюсов и особенностей каждой из них - вы сможете подобрать для себя лучший вариант.

Позвоните нам, и мы подробнее расскажем о преимуществах солнечных батарей, особенностях их эксплуатации и выгоде от использования предлагаемых технологий.