Монокристаллические и поликристаллические солнечные модули. Практика использования моно и поликристаллических фотомодулей в солнечных батареях. Недостатки монокристаллических солнечных батарей

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.

Вы уже приняли для себя решение о покупке солнечной электростанции, но не уверены что лучше моно или поликристалл? В этой статье мы разберем все плюсы и минусы технологий.

Поликристаллические солнечные панели. Мифы и заблуждения

Конечно, каждый продавец и производитель заинтересован продать именно свой товар, а поэтому относительно некоторых технологий на рынке сформировались устойчивые заблуждения. Технология поликристаллического кремния не исключение и имеет характерные отличия от монокристаллического, чистого кремния. Отсюда многие особенности поли – батарей чаще интерпретируются как преимущества. Но так ли это? Вот некоторые утверждения продавцов, продающих солнечные панели :

«Поликристаллический кремний лучше работает в пасмурную погоду!»
«Ресурс работы поли - модулей такой же как у монокристалла.»
«Поликристаллические солнечные батареи дешевле, а значит доступней»

Стоит заметить, что первое утверждение само по себе говорит о том, что Вы общаетесь не с профессионалом. Кремниевые солнечные батареи в пасмурную погоду имеют практически одинаковые показатели, не зависящие от технологии. Таким качеством, как «эффективная работа при низкой инсоляции» могут гордиться «не кремниевые», аморфные солнечные батареи, суммарная эффективность которых колеблется около 6-9%.

Poli - элементы действительно немного дешевле, так как процесс производства их не трудоемок и быстр. Но учитывая тот факт, что эффективность их на 15-25% ниже, для достижения выработки сравнимой с MONO - технологией площадь изделий должна быть больше. А значит выше расходы на изделие (стекло, коробка, корпус) и транспортные расходы. Выше становятся и расходы по монтажу изделий, затраты на крепежные элементы и коммутацию. Что будет дешевле для Вас - считайте сами, но первоначальная цена изделий это еще не солнечная электростанция.

Ресурс работы их тоже преувеличен. Поли – кристаллы солнечных элементов снижают эффективность значительно в более короткий период, по сравнению с «чистым кремнием».

Разберем теперь заблуждения, касающиеся mono - кристаллических солнечных элементов.

Солнечные батареи для дома – самой высокой эффективности!

Неоспоримы преимущества монокристаллических солнечных батарей. Но незначительные колебания в цене воспринимаются конечным покупателем не всегда правильно. Солнечные батареи для дома , типа mono, действительно немного дороже и встречается не у всех производителей и продавцов.

Панели из монокристаллического кремния имеют ряд преимуществ:

Более компактные габаритные размеры на Ватт вырабатываемой мощности;
Продолжительный ресурс эксплуатации с минимальной потерей эффективности кристалла (не более 20%, за 25 лет);
Наивысшую эффективность преобразования энергии (из солнечной в электрическую).

Разве этого недостаточно, что бы сделать выбор в сторону более совершенной и эффективной технологии?

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.

Итак, моно- или поликристаллический солнечный модуль - что лучше? Рассмотрим вопрос по порядку.

Что такое монокристаллическая солнечная батарея?

Монокристаллическая солнечная батарея представляет собой срез с единого кристалла кремния, полностью однородного и монолитного. Этот вид конструкции демонстрирует максимальную эффективность и значительно превосходит все аналоги по характеристикам, стабильности и долговечности.

Внешне их легко отличить от альтернативных конструкций - панели имеют черный цвет и по всей площади оснащены металлическими пластинками, расположенными в узловых точках решетки. Монокристаллические элементы имеют срезанные углы, поскольку изготовлены из заготовки цилиндрической формы. Если не устанавливать защитные элементы, между отдельными панелями будет накапливаться пыль, попадать и замерзать вода, что приведет к разрушению модуля.

Изготовление

Главное, чем отличаются монокристаллы от поликристаллов -это сложность в изготовлении . Монокристалл долго выращивается и требует для этого создания определенных условий.

Используется небольшой кусочек чистого кремния, который помещают в расплав.
Он становится основой для кристалла, который начинает расти, увеличиваться в размерах.
Когда его величина достигает заданных параметров, процесс останавливают, а полученный цилиндр нарезают на тонкие пластинки. Это и есть заготовки для монокристаллических солнечных панелей.
Затем их шлифуют, наносят защитное покрытие и устанавливают контактные проводники.
Последний этап - сборка отдельных фотоэлектрических элементов в солнечные модули с заданными параметрами.

Преимущества

К преимуществам монокристаллических панелей следует отнести:

эффективность, превышающая показатели всех остальных видов солнечных панелей. Она достигается за счет структурированности кремния, позволяющего добиться
малая площадь панелей по сравнению с другими конструкциями
долговечность монокристаллических панелей составляет до 25 лет, что не способны продемонстрировать альтернативные разновидности
способность работать в условиях низких температур
панели демонстрируют довольно высокую производительность даже в условиях слабой освещенности

Преимущества, которые показывают солнечные панели монокристаллические перед другими конструкциями, в значительной степени нивелируются их отрицательными качествами.

Недостатки

К недостаткам монокристаллических модулей относят:

высокая стоимость. Процесс производства занимает много времени, требует создания специфических условий роста кристаллов. Кроме того, приходится поддерживать эти условия в неизменном состоянии в течение длительного времени. Это увеличивает себестоимость конечной продукции, и снизить ее производителям пока не удается
чувствительность панелей к появлению загрязнений, затенения части поверхности. Это отрицательно воздействует на производительность всей сборки модулей, но может быть устранено установкой . Они выравнивают режим работы всех модулей, но еще больше увеличивают суммарную стоимость солнечных батарей

Основным недостатком, ограничивающим использование монокристаллов, является чрезмерно высокая цена . Пользователи, подсчитав сумму вложений, предпочитают более дешевые поликристаллы.

Стоимость

Цена монокристаллических малой мощности мало отличается от поликристаллических образцов. Например, 30-ваттный модуль стоит 2100 руб. против 1700 руб. для поликристаллической панели той же мощности.

Однако, с увеличением производительности и размера панели разница в стоимости заметно увеличивается. Учитывая необходимость приобретать несколько панелей, ценовое преимущество поликристаллов возрастает. При этом, преимущество монокристаллов по всем позициям никем не оспаривается, единственным критерием становится ценовой фактор.

Что такое поликристаллическая батарея

Поликристаллические солнечные батареи изготавливаются по другой технологии. Она значительно проще, что делает методику более предпочтительной как для производителей, так и пользователей. Несколько упрощенно, технологический процесс состоит из нескольких этапов:

нагрев кремния до точки плавления
розлив полученного расплава по формам
нарезка остывших брикетов на тонкие пластинки
шлифовка, нанесение токопроводящих дорожек
нанесение слоя защиты

Отсутствие длительного процесса естественного выращивания кристалла значительно ускоряет и упрощает процесс изготовления, но качество панелей получается намного ниже . Вся площадь фотоэлемента разделена на мельчайшие частицы. ориентированы в разные стороны. От этого процесс образования электронов при попадании фотонов света делается менее интенсивным.

КПД, который способны продемонстрировать поликристаллические панели, не превышает 12-18 % , что заметно ниже показателя монокристаллических компонентов.

Отличить внешне, монокристалл или поликристалл является базовым компонентом, очень легко. Если первый имеет черный цвет, то модули второго типа синие и не оснащены никакими дополнительными элементами на лицевой поверхности. В зависимости от производителя и особенностей технологии оттенок может быть более светлым или темным, но он всегда синий.

Преимущества

Если возникает вопрос - монокристаллические и поликристаллические солнечные модули, что лучше - надо детально рассмотреть их достоинства. Преимуществами поликристаллов считают:

более быстрый и экономичный способ изготовления
отставание по всем параметрам от монокристаллов не слишком значительное
стоимость поликристаллических модулей примерно на 20 % ниже, что при покупке больших партий создает большую экономию

Необходимо учитывать, что у некоторых производителей (например, у одного из лидеров мирового рынка компании Trina Solar) более высокие показатели демонстрируют поликристаллические. Они превосходят монокристаллы на 2,6 % по производительности, хотя по другим параметрам они примерно равны. Однако, у других производителей такого первенства не наблюдается.

Недостатки

К недостатками поликристаллических панелей принято относить:

КПД этих конструкций составляет всего 12-18 %
уровень производительности ниже
долговечность поликристаллов примерно такая же, но со временем показатель производительности заметно падает
размер панелей на 20 % больше, чем у монокристаллических модулей той же производительности. Это играет важную роль при необходимости разместить их в условиях ограниченного пространства - на крыше или иной поверхности

Необходимо учитывать, что недостатки поликристаллических панелей не настолько существенны, чтобы пользователи в массовом порядке отказались от их применения. Наоборот, спрос на эти конструкции гораздо выше , чем на все альтернативные разновидности. Он вызван оптимальным на сегодняшний день соотношением стоимости и параметров модулей.

Стоимость

Цены на поликристаллические солнечные батареи примерно на 10-15 % ниже, чем на монокристаллические модули. Это позволяет получить заметную экономию при создании полнофункциональной СЭС с набором приборов и большим количеством панелей.

Учитывая, что долговечность поликристаллических солнечных батарей составляет около 30 лет (хотя достоверной статистики на этот счет пока никто не собрал), общий порядок цен способствует однозначному выбору этих разновидностей. Кроме того, периодически панели приходится менять, и в этом вопросе более доступная стоимость определяет выбор пользователей. 100-ваттная панель стоит около 6000 руб, а 300-ваттная - около 18000 руб. Порядок цен зависит от производителя, у некоторых компаний ценовые запросы гораздо выше.

В чём же разница?

Итак, если имеется монокристаллическая и поликристаллическая солнечная панель, разница между ними находится в плоскости себестоимости и эффективности . Изготовление монокристаллов обходится дорого и требует большого количества времени. Другой тип панелей производится намного быстрее, что делает себестоимость гораздо ниже. Соответственным образом отличаются технические характеристики модулей.

Рассматривая поликристаллические или монокристаллические солнечные батареи, следует учитывать эти факторы и принимать во внимание условия эксплуатации модулей. Монокристаллы не переносят загрязнения лицевой поверхности, тогда как поликристаллы к этому более устойчивы. Сравнение этих видов производилось в лабораторных условиях, которые на практике организовать невозможно.

Какие модули выбрать?

Выбор оптимального варианта надо производить по сочетанию стоимости, качества и технических показателей. Руководствоваться только конструкцией - неправильно, такой подход может стать причиной нерационального расхода денег. Надо произвести потребностей дома в электроэнергии, прибавить необходимый запас на непредвиденные ситуации и на падение производительности с увеличением срока службы.

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